Le prototype et les quelques exemplaires engagés en Finlande en 1940 se comportèrent brillamment ; ils furent l’une des armes qui permirent aux Soviétiques de percer enfin la ligne Mannerheim, mettant un terme à la guerre d'Hiver à leur avantage. Le char fut ensuite déployé en grand nombre dans l’Armée rouge pendant l’année, si bien qu'au moment de l’attaque allemande de 639 étaient en service. Mais comme pour le T-34, l’inexpérience des équipages et l’organisation de l’Armée rouge à cette époque, combinées à ses petits défauts de jeunesse (en particulier la boîte de vitesses), furent désastreuses. Les kV-1 engagés en ordre dispersé et après de longues marches d’approche, furent souvent abandonnés ou capturés du fait de pannes mécaniques. En revanche lorsqu’ils arrivaient opérationnels au combat, ils posaient, du fait de leur relative invulnérabilité, de nombreux soucis aux Allemands. À plusieurs reprises, un seul kV-1 bloqua l’avance allemande, le temps que l'aviation ou l’épuisement du carburant et des munitions permit de le neutraliser.