С началом боев 39-я танковая бригада придается 50-у стрелковому корпусу и вместе с ним в течение декабря ведет бои в районе Тайпале и реки Тайпален-Йоки.
В начале января бригада выводится в резерв и занимается боевой подготовкой и ремонтом матчасти. В это же время полковник Лелюшенко организовал обучение красноармейцев тыловых и хозяйственных подразделений танковым специальностям. Благодаря этому до конца войны в бригаде не испытывался недостаток танкистов.
В феврале 39-я танковая бригада ведет бои на участках Муола-Ойнила-Кюреля и в районе Илвес. к 1 марта штурмом берет Хонканиеми, преодолев при этом 12 лесных завалов с минными полями, две линии гранитных надолб и противотанковый ров. Развивая наступление, к концу войны части бригады достигли Реппола.
Потери в людях за время войны составили: 65 убитых, 117 раненых и 13 пропавших без вести.
Награждены 269 человек, из них четыре званием Героя Советского Союза.
Указом Президиума Верховного Совета СССР за бои на Карельском перешейке 39-я легкотанковая бригада была награждена орденом Ленина.
Командир — майор (с января 1940 года подполковник) Поляков, комиссар — полковой комиссар Колошников. Бригада сформирована во время «больших учебных сборов» на базе 2-го запасного танкового полка Ленинградского военного округа. Полк, имевший два батальона БТ и два Т-26, был развернут в бригаду Т-26, что создало дополнительные трудности в переучивании механиков-водителей с БТ на Т-26. Кроме того, отсутствовали подразделения, из которых можно было бы создать разведывательный и автотранспортный батальоны, а также роту боевого обеспечения.
При формировании в бригаду влилось до 60 % личного состава, призванного из запаса, причем большинство из них присылались военкоматами из числа необученных танковым специальностям, а то и вовсе не служивших в армии. Но благодаря энергичному руководству командования, к началу боевых действий удалось создать боеспособную часть.
На 30 ноября бригада имела в своем составе: 155, 157, 160 и 161-й танковые, 236-й разведывательный, 280-й ремонтно-восстановительный и 336-й автотранспортный батальоны, 307-ю медико-санитарную роту и 43-ю роту боевого обеспечения — всего 247 танков, 24 бронеавтомобиля, 33 легковых, 262 грузовых и 34 специальных автомобиля и 41 трактор. Состояние боевых машин было удовлетворительным, правда, большую часть из них составляли танки старых выпусков — Т-26 двухбашенные, БТ-2, БТ-5.
В бригаде остро ощущался недостаток ремонтных мастерских — имелась всего одна летучка «типа Б» и шесть «типа А». Из 41 трактора, поступивших из народного хозяйства по мобилизации, через неделю боев 31 вышел из строя.
В начале войны бригада поступила в распоряжение 19-го стрелкового корпуса и была побатальонно распределена между стрелковыми дивизиями. В первые дни войны сопротивление противника было слабым но, несмотря на это, пехота отставала от танков, без них не двигалась вперед, боялась леса, не применяла обходного движения. Некоторые пехотные начальники применяли приданные танки для своих целей. Так, командир 274-го стрелкового полка использовал их для сопровождения кухни и охраны полковой бани.
С 6 декабря развернулись тяжелые бои за укрепления главной полосы обороны в районе Вяйсянен-Муола-Ойнила. Бои, продолжавшиеся до 29 декабря, успеха не принесли. Пехота шла за танками до тех пор, пока финны не вели огня. Попав под обстрел, она ложилась, и поднять ее было практически невозможно. Например, при атаке Муола танки пять раз заходили в этот населенный пункт, но не поддержанные пехотой каждый раз отходили в исходное положение. При атаке Ойнила танки два раза занимали поселок. Пехота захватила финские окопы и блиндажи, но при обстреле отошла на исходные позиции.
В этот период боев для преодоления противотанковых препятствий использовались саперные танки, деревянные мосты, установленные на танки со снятой башней и фашины. Однако в условиях сильнопересеченной местности эффективность этих средств была невысокой.
К 29 декабря бригада, потеряв 86 танков, была выведена в тыл, где в течение января-февраля занималась восстановлением матчасти и боевой подготовкой.
Во время прорыва главной полосы обороны «линии Маннергейма» танки по-прежнему действовали с дивизиями 19-го стрелкового корпуса в районах Вяйсянен, Хейниоки, Кямаря, Кяянтима.