Under vinterkrigen ledet Talvela med obersts grad «gruppe Talvela» under slaget ved Tolvajärvi, og etter den finske seieren i slaget ble han forfremmet til generalmajor. I februar 1940 tok Talvela kommando over det finske III korps under kampene på det karelske nes. Ved fredsslutningen med Sovjetunionen gikk Talvela over i de siviles rekker.