Утром 11 февраля началось генеральное наступление. Артподготовка продолжалась 2,5–3 часа. В первый день дивизии 7-й армии смогли вклиниться в систему обороны Суммского укрепленного узла, о падении которого командование фронта в тот же день поспешило известить Москву. В действительности Сумма была взята только 14 февраля. 13-я армия также потеснила финнов и вышла на рубеж Муолаа — Ильвес — Салменкайта — Ритасари. Финское командование, осознав, что прорыв в районе Сумма ликвидировать не удастся, 23 февраля начало отход на тыловую оборонительную полосу, чтобы сохранить целостность фронта. К тому времени, еще 21-го числа, Красная армия была вынуждена приостановить наступление из-за больших потерь и истощения боеприпасов.
Атаки возобновились два дня спустя. При этом финнам удалось нанести частичное поражение нескольким батальонам 23-го стрелкового корпуса 13-й армии и даже взять пленных, но это никак не повлияло на общий ход боев. К концу февраля советские войска вышли к финским тыловым оборонительным позициям в районе Выборга. Сражение за этот город продолжалось вплоть до заключения перемирия.
Между тем начались советско-финские переговоры по завершению войны. Сталин убедился, что правительство Куусинена не пользуется никакой поддержкой в народе, а Финский Народный корпус неспособен вести бои. Советский вождь предвидел, что весной 1940 года на Западе развернутся крупномасштабные бои между германскими и англо-французскими войсками. Он хотел иметь к этому времени иметь под рукой основные силы Красной армии, чтобы в подходящий момент нанести удар по Германии и обеспечить свою гегемонию в Восточной и Центральной Европе. Поэтому от полного завоевания Финляндии временно решено было отказаться, ограничившись захватом рядом пограничных территорий. К тому же первые сражения показали, что советские войска неспособны быстро разгромить финскую армию.
Еще 2 января 1940 года Р. Гренваль, адъютант маршала Маннергейма, поддерживавшего секретный радиообмен с Москвой с середины 30-х годов, побывал на приеме у Сталина в Кремле. Однако достичь соглашения о перемирии не удалось. Вместе с тем из информации об этой беседе Маннергейму стало ясно, что Советский Союз в скором времени собирается сосредоточить свои основные военные усилия на Западе, а это открывало перспективы для достижения компромиссного советско-финского мира.
5 февраля в Стокгольме В. Таннер встретился с советским полпредом в Швеции А М Коллонтай. До этого через министра иностранных дел Швеции Карла Гюнтера советская сторона дала понять, что договор теперь может быть заключен только на более жестких условиях, чем те, что обсуждались осенью 1939 года. В тот же день, 5 февраля, Высший военный совет Англии и Франции принял решение направить экспедиционный корпус в Скандинавию для помощи Финляндии Шведское правительство всерьез рассматривало возможность посылки на помощь финнам батальонов добровольцев (два из них в конце февраля прибыли на северный участок фронта и сменили там финскую бригаду, перебрасываемую на Карельский перешеек). Министр иностранных дел В. Таннер и главнокомандующий Маннергейм скептически отнеслись к реальности англо-французского десанта Но премьер-министр Р. Рюти полагал, что это обещание можно будет использовать для давления на Советский Союз.
Две английские дивизии, предназначавшиеся для отправки во Францию, были оставлены в метрополии и начали подготовку к высадке в Норвегии совместно с 1–2 французскими дивизиями. Считалось, что для действенной помощи Финляндии необходимы силы не менее чем в 30–40 тысяч человек. Однако что делать, если Швеция и Норвегия откажут в транзите, союзники не знали.
Последующие неудачи финской армии на Карельском перешейке заставили Хельсинки колебаться между заключением тяжелого мира и возможностью продолжать сопротивление с помощью западных союзников. Таннеру в Стокгольме было сказано, что Швеция не будет направлять в Финляндию регулярные войска, но готова содействовать в достижении мира. 17 февраля шведское правительство объявило, что не допустит на свою территорию войска Англии и Франции. 22 февраля Москва известила Швецию о своих условиях: аренда полуострова Ханко сроком на 30 лет, передача Советскому Союзу всего Карельского перешейка вместе с Выборгом и района Сортавала к северо-востоку от Ладожского озера Новая граница, таким образом, примерно соответствовала той, что была установлена Ништадтским миром 1721 года после Великой Северной войны. Финляндия должна была также заключить с Советским Союзом договор о совместной обороне Финского залива.
Тем временем войска 7-й армии 2 марта вышли на подступы к Выборгу с юга, а части 13-й армии теснили финнов к реке Вуокса, угрожая Кексгольму. На рассвете 4 марта был захвачен плацдарм на западном берегу Выборгского залива. Финским войскам в Выборге грозило окружение. 7 марта 50-й корпус перерезал железную дорогу Выборг — Антреа. Контратаками финны смогли несколько замедлить продвижение советских частей, но коренного перелома не достигли. Соединения 13-й армии форсировали Вуоксу, а 8-я армия Штерна готовилась к окружению противника в районе Лоймола к северу от Ладожского озера.
Неудачи финских войск вынуждали Хельсинки идти на постепенное принятие советских условий, как бы они ни были тяжелы. Маннергейм опасался, что усталость финских войск, которые уже ввели в дело все резервы, может привести к тому, что фронт вот-вот рухнет. Ниукканен верил, что армия, особенно с западной поддержкой, все же сможет продержаться достаточно долго. Рюти же надеялся на вступление в войну на стороне Финляндии Швеции, что помогло бы остановить советское наступление на Карельском перешейке. Помощь экспедиционного корпуса Англии и Франции он соглашался принять лишь в самом крайнем случае.
Поскорее заключить мир Финляндию побуждала не только Швеция, но и Германия. До немцев дошли слухи о готовящейся англо-французской высадке в Скандинавии. Гитлер справедливо усмотрел здесь угрозу оказаться отрезанным от шведской железной руды. Побывавшему в конце февраля в Берлине бывшему премьер-министру Финляндии Т. Кивимяки в германском МИДе посоветовали заключить мир на любых условиях и ждать окончания мировой войны, чтобы получить компенсацию от победителей.
Маннергейм вспоминал: «11 марта английское и французское правительства выступили с декларациями, где выражали намерение помочь Финляндии, в случае, если та об этом попросит. Но перед лицом неясных факторов, с действием которых было связано возможное продолжение войны, финская делегация подписала мирный договор поздно вечером 12 марта». В этот же день правительства Англии и Франции решили отправить экспедиционный корпус в Скандинавию, независимо от официального финского запроса.
Высадка была намечена на 20 марта. К тому времени союзники надеялись уговорить финнов обратиться с просьбой о помощи. На заседании британского кабинета 12 марта глава «Форин офис» лорд Галифакс заявил: «Россия опасается Германии и не желает видеть Германию слишком сильной… В то же время она не хочет войны с нами… Если начнется война с Россией, она, возможно, будет ограничена отдельными театрами военных действий и не перерастет в официальное объявление войны». Союзники все еще надеялись, что в случае высадки экспедиционного корпуса дело, в худшем случае, ограничится локальными стычками с советскими войсками и не перерастет в большую войну. 12-го числа первые корабли уже вышли в море, но были возвращены после получения известия о заключении Финляндией мира.
Подписанный в Москве мир был для Финляндии тяжелым. К Советскому Союзу отошла территория Карельского перешейка с Выборгом, острова в Финском заливе, западное и северное побережье Ладожского озера с городами Кексгольмом, Сортавала, Суоярви, территорию далее к северу от Ладоги с городом Куолаярви и часть полуостровов Рыбачий и Средний на Крайнем Севере. Петсамо, захваченный Красной армией в первые дни войны, был возвращен финнам. Полуостров Ханко поступал на 30 лет в аренду Советскому Союзу для создания там военно-морской базы. 31 марта 1940 года уступленные Финляндией территории, за исключением Карельского перешейка, были объединены с Советской Карелией в Карело-Финскую ССР, партийную организацию которой возглавил все тот же Куусинен. О Финляндской Демократической Республике больше не вспоминали, но Карело-Финская союзная Республика и 71-я особая дивизия оставались как бы «бронепоездом на запасном пути». В случае благоприятной военно-политической обстановки к ней всегда можно было присоединить и остальную Финляндию. Сталин хотел, чтобы правительство в Хельсинки это помнило.