Постепенно в советских оперативных донесениях начал просматриваться боевой характер противника: финский солдат хладнокровен и стоек, отлично владеет лыжами, чрезвычайно подвижен и, как правило, хороший стрелок. В сводках Совинформбюро сопротивление финской армии стали определять как «яростное», «отчаянное» и даже «иступленное». В связи с тем что дела на фронте складывались крайне неудачно, началась переброска советских войск из внутренних округов СССР, в частности Белорусского особого, который считался одним из самых боеспособных в Красной армии.
К концу декабря 1939 года наступление советских войск окончательно застопорилось. Линия фронта на Карельском перешейке установилась в 50–70 км к северо-западу от старой границы. Сталин негодовал и винил во всем разведку. Досталось на орехи и наркому обороны К. Ворошилову. 26 декабря части Красной армии были вынуждены перейти к обороне. По указанию Сталина Главный военный совет начал подготовку к операции по прорыву «линии Маннергейма». Но контрудар, предпринятый красноармейцами в последних числах декабря севернее Ладожского озера, закончился полным крахом. Две советские дивизии попали в окружение и были почти полностью уничтожены.
Ситуация не улучшилась и в начале 1940 года. 8 января местность в долине около Суомуссалли, которую финны назвали «страной мертвецов», на протяжении 5 км была усеяна трупами бойцов 9-й, 163-й и 44-й советских дивизий. В братские могилы местное население собрало тела 27 500 красноармейцев и младших командиров. Они были в вязаных шлемах и касках, но без рукавиц. Дело в том, что советские интенданты не додумались делать их с указательным пальцем, как это было у финнов, чтобы нажимать на гашетку. Вот и приходилось красноармейцам снимать их в лютый мороз. С финской стороны потери в боях за этот населенный пункт составили 900 человек убитыми и 1100 ранеными. Неслучайно один советский генерал, пожелавший остаться неизвестным, горестно сказал: «Мы заняли как раз достаточно земли, чтобы похоронить трупы павших».
Чтобы переломить ситуацию, на Карельском перешейке начал действовать Северо-Западный фронт под командованием С. К. Тимошенко, который включал две армии. В его задачи входила дезориентация противника в отношении направления главного удара. Ежедневно в течение нескольких дней советские войска обрушивали на укрепления «линии Маннергейма» по 12 тысяч снарядов, но добиться успеха так и не смогли. Утром 11 февраля после 3-часовой артподготовки началось генеральное наступление. Дивизиям 7-й армии удалось вклиниться в систему обороны Суммского укрепленного узла и взять его. Однако уже 21 февраля из-за больших потерь и нехватки боеприпасов красноармейцы вынуждены были приостановить наступление.
В Лапландии, на северном участке советско-финского фронта, фактически всем руководил начальник Политуправления РККА армейский комиссар 1-го ранга Л. 3. Мехлис, который был одним из организаторов репрессий высшего командного состава Красной армии и которого побаивались даже командармы. Его вмешательство в управление войсками чаще всего было губительным. Вот и на этот раз он бросил на острие удара 44-ю стрелковую дивизию 13-й армии. Она прорвала финскую оборону и начала быстро продвигаться вперед, но противник энергичными фланговыми ударами закрыл образовавшийся проход и отрезал ее от основных сил. Несколько дней в лютую стужу в полном окружении дивизия вела тяжелейшие бои. В конце концов ей удалось вырваться из кольца, но слишком большой ценой: фактически от нее остались только артполк и медсанбат… А Мехлис устроил над командованием дивизии показательный военно-полевой суд с публичным расстрелом перед строем на льду озера Васо-Ярви ее командира полковника Виноградова, начальника штаба полковника Волкова и начальника политотдела полкового комиссара Пархоменко. 8-ю армию Мехлис бросил на обход финских укреплений с тыла. Преодолев 86 тяжелейших километров в Северном Приладожье, она также оказалась в окружении. Спасти ее остатки смогли пришедшие на помощь свежие части 15-й армии, но план выхода советских войск к Ботническому заливу рухнул. И снова Мехлис устроил расправу над командирами этих армий.