Командарм Тимошенко уверенно руководил советским наступлением. В тяжелых боях, с большими потерями «линия Маннергейма» к концу февраля была преодолена.
Финская армия, несмотря на поставки западного вооружения и техники, не смогла воспрепятствовать наступлению Красной армии. В то же время отправка экспедиционного корпуса союзников задерживалась. Швеция и Норвегия, несмотря на давление Лондона и Парижа, отказались пропустить его через свою территорию.
4 марта главнокомандующий вооруженными силами Финляндии маршал К. Маннергейм высказал в правительстве мнение, что дальнейшее продолжение войны становится бессмысленным. Переговоры при содействии правительства Швеции начались в Москве 7 марта. 12 марта был подписан мирный договор. 13 марта прекратились военные действия, которые были кровопролитными до последнего часа.
Советская сторона ужесточила условия мирного договора. В пределы СССР вошли Карельский перешеек с г. Выборг, район Куолаярви, ряд островов в Финском заливе, а также части полуостровов Рыбачьего и Среднего. Финляндия сдавала в аренду на 30 лет полуостров Ханко для создания там военно-морской базы, которая должна была прикрывать вход в Финский залив. Все это существенно улучшало стратегическую обстановку в Балтийском море и на Севере в случае возможной агрессии против СССР.
Война привела к крупным переменам в советском военном строительстве, что способствовало укреплению обороны СССР и защите Ленинграда в годы Великой Отечественной войны. Но Финляндия после нападения Германии на СССР выступила на стороне фашистских агрессоров.
Самыми тяжелыми последствиями войны были людские потери. В Красной армии убитые, пропавшие без вести, пленные составили около 127 тыс. человек, в финской армии – более 23 тыс. Пленных красноармейцев и командиров Красной армии было около 6 тыс. Практически никто из них не сдался в плен добровольно. 152 красноармейца были «распропагандированы» и завербовались в «Освободительную армию России». Финнов в советском плену было около 1100 человек. Отношение к ним было довольно сносным. На родину из них возвратились 847 человек. 20 человек остались в СССР.
Худшее ожидало советских военнопленных после их возвращения на родину. 414 человек, обвиненных «в активной предательской работе в плену и завербованных финской разведкой для враждебной работы в СССР», были арестованы, 232 – приговорены к расстрелу.
Еще одним феноменом зимней войны явилось то, что как одна, так и другая противоборствующие стороны считали ее справедливой, а окончание достойным. Советский Союз укрепил свои северо-западные рубежи. Финляндия сохранила независимость.
По итогам войны в апреле 1940 г. было проведено трехдневное совещание в ЦК, на котором выступили участники войны от командующих фронтом до командира батальона. На нем была дана объективная оценка причин, неудач и поражений первого периода войны и приняты решения, направленные на повышение боеспособности вооруженных сил. Часть репрессированных, в том числе крупных военачальников вернули в строй. Среди руководителей соединений и объединений возросло количество командиров с высшим образованием, повысилась боевая подготовка, дисциплина и управляемость войск.
Подготовка англо-французских армий к участию в советско-финской войне дорого обошлась западным союзникам. 10 мая началось немецкое наступление на Западном фронте, которое по своей силе, размаху, военному искусству и достигнутым результатам без преувеличения поразило мир. Франция капитулировала через 44 дня. Вместе с ней под пятой вермахта оказалась Норвегия, Дания, Бельгия, Голландия, Люксембург. Английский экспедиционный корпус, бросив вооружение, едва успел при поддержке флота переправиться через Ла-Манш и укрыться на Британских островах.
Тем временем в германских штабах уже вычерчивали карты Восточной Европы. Гитлер отдал приказ о подготовке плана своей «самой большой войны» – против СССР.
11-13 ноября 1940 г. Молотов посетил Берлин, вел переговоры с Гитлером, Герингом и Риббентропом. С советской стороны это, как показали последующие события, была последняя попытка в личных беседах с германскими руководителями предотвратить сосредоточение немецких войск вблизи советских границ (в Финляндии на севере, в Румынии на юге). Задача советской делегации, согласно полученным ею 8 ноября директивам, заключалась в том, чтобы «разузнать действительные намерения» Германии, Италии и Японии, найти какой-то компромисс для ослабления угрозы военного столкновения со странами «оси». В ходе сложных переговоров немецкая сторона настаивала на совместном разделе Британской империи как следствии якобы уже потерпевшей поражение Великобритании и «целесообразности» движения СССР на юг к Персидскому заливу и Аравийскому полуострову. Что касается США, говорил Гитлер, то они борются не за Англию, а сами пытаются захватить ее наследство. Советская делегация прежде всего требовала вывода немецких войск из Финляндии и Румынии. Достигнуть компромисса не удалось. Тем не менее, по мнению советской стороны, политические возможности предотвращения войны с Германией еще не были исчерпаны.