為此，他調集了40個航空飛行團，增加了7個裝甲師，17個齊裝滿員的步兵師，總兵力達130萬人。還以罕見的速度在蘇芬邊境中部修築了一條鐵路支線，這條鐵路直通芬蘭邊境，使後勤運輸的困難得到了緩解。
蘇軍重整旗鼓，又開始了大規模的進攻。蘇軍統帥調整了進攻部署，在1000多公裏的蘇芬東部邊境線增加了幾個攻擊點，意在分散芬軍在曼納海姆防線上的兵力。在北部，蘇軍集中優勢兵力，在海空軍的配合下，奪占了佩琴加。
芬軍不為所動，僅用火車從南部運去一個師增加北部的防禦力量，使北部的防禦得到了鞏固，整體防禦的完整性毫無損傷。
戰爭進入到1940年，雖然蘇軍增加了兵力，但戰場上並沒有反映出這種優勢，相反卻到處遭到失利。曼納海姆防線仍舊是那麼堅不可摧，連從不在意傷亡的蘇軍也感到難以承受，這個主戰場已演變成第一次世界大戰時的陣地戰了。
在其他戰線，蘇軍也乏善可陳，特別是在中部即芬蘭蜂腰處，蘇軍受到了開戰以來最為慘重的打擊。兩個齊裝滿員的步兵師被芬軍合圍全殲，這是當年各國報紙轟動一時的頭條新聞。
蘇軍步兵163師、44師這兩個師是在芬蘭中部的蘇奧穆沙爾米地域被殲滅的。
對蘇奧穆沙爾米地域的進攻是蘇軍統帥部實行攔腰斬斷芬蘭的戰役，計劃總共出動六個師，四個師主攻，兩個師掩護側翼。蘇軍統帥部估計該地域芬軍的總兵力不會超過兩個師。其實，該地域芬軍僅有一個主要由後備役軍人組成的二流師及當地老少居民組成的民兵。
12月初，163步兵師為了達到突然襲擊的目的，撇開雲圖斯蘭塔公路不走，而走一條廢棄的舊路。這一招倒使芬軍猝不及防。芬軍被蘇軍從他們據守的陣地上一直趕進了大森林，並繼續遭到追擊。163師雖然達到了偷襲蘇奧穆沙爾米鎮的目的，但並沒有達到消滅芬軍的目的，芬軍隻是被擊潰，藏身在茫茫無際的冰雪森林中。
163師占領的蘇奧穆沙爾米鎮也是一座死城。這個人口僅4000人的小城鎮是芬蘭中部的交通要衝，戰略地位十分重要。芬蘭人十分清楚蘇奧穆沙爾米鎮在劫難逃，開戰之初，就將鎮中的居民撤退一空，鎮中能拿起武器的居民都隨部隊而去。整個鎮子被一把火徹底燒光，到處都埋有地雷和爆炸物，整個鎮子成了一座凶險四伏的陷阱。163師隻得露宿曠野。
但遭到突然襲擊的芬軍也無力發起進攻，他們蟄伏在大森林裏舔舐著傷口，等待援軍的到來。
12月11日，疲憊不堪的芬軍得到了援軍和補給，開始向163師發起進攻。
163師是以蒙古人為主組成的部隊，缺乏訓練，特別是指揮員大多是新提拔起來的，戰術素質差，雖然配有很多坦克和裝甲車，但對於如何使用它卻很低能。師長謝德連索夫少將也是騎兵出身的將領，習慣於騎馬衝鋒，對於機械化部隊作戰缺乏熱情，這就注定了他們在新的作戰條件下占盡下風。
這時的芬軍也不是萬事順遂，他們的反攻屢屢受挫，他們在飛機和坦克的打擊下，常常麵臨被吃掉的危險。起初，重型坦克在雪地裏成群結隊隆隆開過來時，芬軍嚇得四散而逃，遭到不少的損失。芬軍很少看到過坦克，更沒有跟它交戰的經曆，那震耳欲聾的鋼鐵巨獸，噴吐著火焰，排山倒海般碾壓過來，任何初上戰場的人都會驚恐萬狀。但很快他們便學會了打坦克。特別是曼納海姆防線打坦克的經驗傳到了中部戰線，使他們對坦克不再懼怕。於是，許多坦克在他們的打擊下，成了一堆堆熊熊燃燒的廢鐵。
芬軍的反攻持續了17天，給163師以重大的打擊，但芬軍自己也精疲力竭。這時，隻要163師死守下去，芬軍便會力盡而退，因為芬軍是最經不起消耗的，但163師選擇了撤退。
在163師撤退的同時，另一個精銳師44師正從離163師僅50公裏的拉泰公路朝蘇奧穆沙爾米鎮開來。
隸屬莫斯科軍區的44師是蘇軍的模範師，該師軍事素養高，裝備精良，鬥誌高昂，經常參加受閱儀式。該師剛從基輔趕來，一下火車，來不及休整，立即投入了戰鬥。
拉泰公路是芬蘭的一條主幹道，路況良好，平坦寬闊，便於部隊快速行軍，但這條道路已被芬軍層層設防，坦途其實是凶途。芬軍開始故意以微弱的抵抗讓44師深入腹地，然後，實施前麵堅決擋住，後麵切斷它的補給線的戰術。44師立即陷入了四麵被圍的絕境。芬軍伐倒直徑兩米的大樹，阻擋蘇軍坦克的通道，並布設大量的由英法運來的有刺鐵絲網，圍住蘇軍。這種鐵絲網，戰鬥證明非常有效。44師被緊緊地釘在拉泰公路，像一頭困獸，不能動彈。
163師選擇撤退是極大的錯誤。如果163師選擇留在蘇奧穆沙爾米就地抵抗，再由飛機空運解決供應問題，這本是對芬軍最有威脅的一招棋。因為芬軍善於防守，對於進攻並非其長，加上武器裝備也不宜於進攻，163師完全可以輕易地守住蘇奧穆沙爾米這個戰略要地，等待援軍的到來，從而使芬軍陷入岌岌可危的困境，可偏偏163師的上級竟然批準了這一撤退計劃。
163師撤退的行軍縱隊在離蘇奧穆沙爾米20公裏處遭到芬軍阻截，前後被封死，落入陷阱。
對於不熟悉地形的人來說，芬蘭冬季的森林是可怕的，黑壓壓的森林和深深的積雪使人不辨東西，也難以穿行。森林裏到處是兩人深的雪坑，人掉進去以後就再也爬不出來。
163師為了盡快打通通道，隻能沿公路兩頭衝擊。這麼狹窄的路麵，幾挺機槍就封死了。更何況芬軍是有備而來，進行四麵包圍，蘇軍就是插翅也難飛過去。
為了避免屠殺，芬軍建議163師放下武器投降，但蘇軍憤怒地拒絕了。
於是，這長達7公裏的163師行軍縱隊便成了芬軍的屠場。大炮、機槍從四麵八方朝擁擠在公路上的蘇軍炮擊掃射，成片成片的蘇軍倒下了。
蘇軍在明處，芬軍在暗處，蘇軍隻有挨打的份。此時，蘇軍指揮也陷入混亂，公路兩頭的進攻都被芬軍所粉碎，部隊完全無法調動。絕望之中，阿爾采夫團長命令所部插入公路兩側的森林，丟棄一切重型裝備。
阿爾采夫的果斷舉措使絕望中的蘇軍看到一絲光明。
躍入森林中的阿爾采夫團立刻就避開了致命的炮火火網。
其他部隊也紛紛仿效，都閃入黑壓壓的大森林。但下一步怎麼辦卻誰也不知道，隻要能暫時逃離死神的追捕，人人都鬆了一口氣。
當時，正確的做法應該是命令全軍沿公路兩側殺回蘇奧莫沙爾米。芬軍四麵合圍，用於一麵的兵力有限，163師憑著精良的裝備，完全可以克服這20公裏的路障，更何況芬軍的兵力本來就不夠大。
但是，進一步的作戰計劃遲遲沒有下達。
蘇軍在公路兩側互不相顧，各自為戰，這就為芬軍的穿插分割創造了絕好的條件。經過一天的血戰，芬軍終於把163師分割成了幾大塊，163師劫數已定。頑強的蘇軍明知抵抗也難逃厄運，仍拒不放下武器，激烈的戰鬥持續到第三天淩晨才塵埃落定。
163師大部被殲。
獲勝的芬軍攜帶著繳獲的武器裝備又馬不停蹄地奔赴50公裏外的拉泰公路，協助那裏的芬軍圍殲44師。
44師已被圍兩天了，仍保持著可畏的戰鬥力，部隊的環形防禦圈組織得很好，炮群也發揮出威力，步炮坦協調得天衣無縫。芬軍幾次組織兵力欲穿插分割44師，都被蘇軍打得狼狽而退。芬軍穿插部隊死傷過半，為了避免部隊的重大傷亡，芬軍不再派部隊穿插，隻是用大炮朝包圍圈裏的蘇軍晝夜不停地轟擊。
圍殲163師的芬軍趕到拉泰公路，投入戰鬥，但並沒有使戰場形勢發生變化，芬軍依然打不破蘇軍的防禦。蘇軍的飛機每天都來對芬軍投彈掃射，但對戰局也無大的影響，大森林和冰雪抵消了炸彈的威力，使飛機的作用極有限。
蘇軍最大的敵人不是芬軍，而是饑餓。由於切斷了供應線，野戰炊事車和野戰口糧的運輸車輛都被芬軍阻隔在包圍圈外。部隊已斷炊兩天，戰士餓得頭昏眼花，已無力衝鋒和搏鬥，隻是趴在自己的戰位上，機械地開槍射擊。
有的軍官向師長維諾加多夫少將建議，宰殺戰馬讓戰士充饑。師長不允，說宰殺戰馬有損部隊的戰鬥力。
有的軍官提議，趁現在部隊還有點戰鬥力，集中一切火力，轟開包圍圈突圍撤退。師長不允，說上級沒有命令不能撤。
其實，44師的處境並非不能改變，可44師的上級司令部對被圍的44師沒有定見，開始認為44師兵強馬壯，武器精良，敵人啃不動這塊硬骨頭。繼而又認為44師被圍未嚐不是好事，可以吸引更多的芬軍於這一線，再聚而殲之，將芬軍那點可憐的兵力消耗掉。於是，命令44師固守待援，可援軍很快就被阻擋住了。芬蘭嚴寒的氣候和獨特的地形便於芬軍的防禦。蘇軍統帥部得知包圍圈裏的44師斷糧，連忙派飛機空投糧食，可這也是徒勞的。飛機在高射炮的密集火力下，不敢低飛，投下的糧食傘包大多落在芬軍的陣地上。44師的上級司令部在44師被圍期間幾乎沒給他們任何有效的幫助。司令部的作戰參謀建議司令員發電給44師，宰殺全部戰馬以充軍糧，司令員竟驚奇地反問：44師師長就有這麼蠢，肚子餓了不會吃馬肉？
44師師長確實有這麼蠢！
待到被圍的第5天，44師師長才接到允許撤退的命令。
但命令下得太晚了，44師官兵已經餓了整整5天，不少官兵被活活地凍餓而死。幸存者根本無力突圍撤退，更無力和敵人拚殺。官兵奄奄一息，坐以待斃，當芬軍發起衝鋒時，已經沒有大炮和坦克炮的射擊聲了，炮手和坦克手已無力開炮了。隻有最為強壯的步兵，用最後一絲力氣扣響扳機或自殺或向敵人射出最後一發子彈。幾十架飛機在戰區上空助戰也於事無補。芬軍和蘇軍混在一起，投彈和掃射都會傷及自己人。
蘇軍精銳的44師無一人逃脫，全師17800人全部被殲，其中被打死、餓死、凍死的達16000多人，俘1300人。獲勝的芬軍繳獲了43輛坦克、46門重炮、29門反坦克炮、200輛卡車、100挺機槍、190支衝鋒槍、6000支步槍，其中最使人感到心酸的是芬軍俘獲了蘇軍的1170匹戰馬。在44師師長的眼裏，它們的生命比16000名官兵的生命還重要。
兩個師覆滅的消息傳到莫斯科時，斯大林極為震怒，對國防部長伏羅希洛夫大發雷霆，嚴辦了一批蘇軍高級將領，任命鐵木辛哥為侵芬蘇軍司令員，嚴令不惜一切代價，盡快打敗芬軍。
鐵木辛哥上任後做的第一件事就是調整各級指揮人員，選拔得力將領替代昏庸無能的將領。1938年對軍隊幹部的大清洗已經使部隊傷了元氣，能幹一點的軍官大部分在那次大清洗中被殺掉了，現在想找稱職的指揮人員確實不易。但鐵木辛哥以鐵的手腕在很短的時間內整頓好了指揮係統。
戰略布置也作了重新調整。
鐵木辛哥找準了主攻方向，其實那還是南部的曼納海姆防線。
鐵木辛哥正確地認識到，芬蘭南部是芬蘭政治經濟的中心，全國四分之三的人口集中在南部地區。中部和北部的戰局對全局影響不大，隻要南部戰線被攻破就大功告成。他還正確地認識到，過去對南部的壓力還不夠大，兵力還不夠集中，現在要在南部全線進攻，要在主要攻擊地段上投入超過對方10倍、20倍的兵力，100倍的火力，哪怕付出10倍的代價也要把敵人消耗光。