随后，苏联邀请芬兰政府代表赴苏谈判。谈判中，苏联除了提出双方签订互助条约，共同保卫芬兰湾外，还提出了领土互换的要求。即要求芬兰把卡累利阿地峡的俄芬两国边境北移40公里，把芬兰湾内的几个岛屿和雷巴契半岛上的芬兰领土割让给苏联；把汉科半岛以每年800万芬兰马克的代价租借给苏联，为期30年。作为补偿，苏联愿意把奥涅加湖西北两倍于芬兰所割让地区的土地交给芬兰。
但苏联的要求，遭到了芬兰政府的断然拒绝。遭到拒绝后的苏联，自导自演了“曼尼拉事件”，宣称芬兰军队炮击曼尼拉村造成苏联士兵的死亡，进而要求芬兰军队后撤25公里，建立军事缓冲区，并向苏联政府道歉。但这一提议依旧被芬兰政府拒绝，苏联随即以此为借口，调集军队大举入侵芬兰，苏芬战争正式爆发。因为，这场历时三个月的战争，全都处于芬兰的冬季，故也称其为“冬季战争”。
以战争前双方的军事实力对比来说，芬兰无疑是幼小的大卫，而苏联则堪比巨人歌利亚。芬兰全国总人口只有440余万，常备陆军只有3.2万，而苏联红军常备军人的数量比芬兰全国人口总量还多。因此当11月30日，苏军以23个师共45万军队攻入芬兰边界时，全世界都认为芬兰面对的将是一场脆败。这种乐观的情绪也在苏联国内蔓延着，斯大林认为在苏军碾压性的优势下，芬兰的抵抗不会超过16天，他甚至在战前就像苏军下达了手令，要求苏军不要跑的太远，以免进入瑞典的领土。
而赫鲁晓夫表现的就更露骨了，他举着酒杯说道：“只要我们把嗓门稍微提高一些，芬兰人就会服从。如再不行的话，我们可以放一枪，芬兰人就会举手投降，我们就是这样想的。”苏联人确实是这么想的，但芬兰人并不这么想。1939年10月，面对苏军全面进攻的态势，芬兰人在卡累利阿地峡坚壁清野，疏散民众，并进行了全国总动员，将陆军扩充到12.7万人。
但即便如此，双方军事力量依旧严重不对等，为此芬兰军队采取了层层防御，逐次后退，辅以大范围游击战的战术，寄希望于利用国土纵深和冬季的严寒拖垮苏军。应该说仓促出兵的苏军确实也没有准备好，在冰天雪地的芬兰境内，苏军坦克和装甲车的油料经常被冻住，为了保证随时能够投入战斗，这些车辆被迫24小时不熄火。但这对苏军本就孱弱的后勤供应，造成了更大的压力。
随着战线的延伸，苏军发现芬兰腹地湖泊纵横、森林茂密、人烟稀少，几乎没有现成的道路，并不适合苏军重装备、大兵力的行动，反而更适于芬兰军队轻装备、小兵力游击战的作战方式。在芬兰游击队的打击下，苏军后勤补给困难的状况雪上加霜，经常出现指战员在冰雪中饿肚子战斗的情况。甚至出现了，苏军部队因为饿得实在受不了，投降芬兰的事情。
