Neuvostoliiton aloitettua talvisodan Gröndahl toimi korkeimpana tykistöupseerina Karjalan kannaksella ja sodan alkupäivinä hänet nimitettiin Neuvostoliiton 7. armeijasta erotetun, 7. armeijan oikean ryhmän komentajaksi, joka taisteli Taipaleen suunnalla. Myöhemmin 7. armeijan oikeasta ryhmästä muodostettiin Neuvostoliiton 13. armeija, minkä komentajana Gröndahl jatkoi.