С самого начала боевые действия на Карельском перешейке приняли крайне ожесточенный характер. Наступавшим здесь частям лишь 12 декабря удалось подойти к самой линии (советское руководство считало, что война закончится в 12-дневный срок). Первоначальное полуторное превосходство советских войск в живой силе оказалось явно недостаточным для прорыва столь мощных укреплений. Несмотря на мощные удары советской артиллерии и авиации, укрепления финнов выстояли. Предпринятые в декабре без должной разведки неоднократные попытки прорвать главную полосу финской обороны не принесли желаемого результата и стоили больших жертв.
Солдаты подрывались на минах и отступали, боясь идти дальше. К борьбе с минными полями в таких масштабах Красная Армия оказалась неподготовленной. Когда танки прорывались вперед, пехота обычно отсекалась пулеметным огнем из дотов. Лишенные ее поддержки бронированные машины имели слабые пушки, неспособные пробивать железобетонные укрепления. Они становились беззащитны против финской обороны и расстреливались из орудий. Понеся большие потери, советские войска 29 декабря прекратили наступление. Положение могло стать и хуже, имей финны достаточное количество артиллерии и авиации. Слабое обеспечение финских войск этими видами техники позволило Красной Армии иметь по крайней мере прочный, неуязвимый от огня и бомбовых ударов тыл.
Лишь кровавым методом проб и ошибок советское командование наконец разобралось в том, что из себя представляет «линия Маннергейма». 7 января 1940 года Ленинградский военный округ был преобразован в Северо-Западный фронт, который возглавил командарм 1-го ранга Семен Тимошенко. На Карельском перешейке к 7-й была добавлена 13-я армия (комкор В. Д. Грендаль). За месяц подготовки к наступлению была обстоятельно разведана система укреплений. Обнаружено множество скрытых дотов и дзотов, по которым был открыт методический артиллерийский огонь. Улучшено питание и обмундирование бойцов. Например, вместо традиционных буденновок, шинелей и сапог солдаты получили шапки-ушанки, полушубки и валенки. В ближнем тылу войска отрабатывали методы штурма. Подтягивались новые резервы, оружие и боеприпасы. К началу февраля численность советских войск на Карельском перешейке превысила 400 тыс. человек. Она имела более чем тройное превосходство в людях и абсолютное — в танках и авиации.
Однако ограниченный фронт наступления в условиях зимнего бездорожья препятствовал маневренным действиям и получению выгод от численного превосходства. Советскому командованию приходилось вести лобовой, фронтальный натиск без использования флангового маневра. Подобная тактика требовала огромных затрат физических сил и материальных ресурсов атакующих, а также грозила им большими потерями.
Кстати, мировая практика еще не знала примера столь масштабного прорыва такой мощной системы долговременных укреплений, к тому же в условиях необычайно суровой зимы. К примеру, ни немцы, ни французы ни разу не рискнули штурмовать воздвигнутые ими линии Мажино и Зигфрида. Так, немецкая армия и в Первую, и во Вторую мировые войны предпочла фронтальному удару обход французских оборонительных позиций через Бельгию.
Наступление предполагалось вести на широком фронте, чтобы «растащить» резервы финнов. Генеральный штурм всей «линии Маннергейма» начался 11 февраля 1940 года после мощной более чем 2-часовой артиллерийской подготовки, которая оказалась весьма эффективной. Только в полосе наступления 7-й армии в день прорыва по финскими позициям было выпущено около 150 тыс. снарядов. Примерно такое же количество залпов дала 13-я армия. Сигналом к началу наступления стали специальные ракеты и перенос артиллерийского огня в глубину финской обороны. Вслед за огненным валом в бой двинулась советская пехота. Ей удалось без особого труда овладеть перепаханной снарядами первой линией укреплений. Но затем продвижение вперед застопорилось, перейдя в стадию «прогрызания» финской обороны.
Особенно тяжелой оказалась борьба с железобетонными, толстостенными (до 2 м) дотами, огонь которых мешал движению вперед пехоты. Только разрушив бетон, по словам Мерецкова, можно было обеспечить необходимое взаимодействие танков и пехоты. «Разрушение бетона» далось крайне нелегко. Только для уничтожения одного дота № 006 подвезенная танками на санях штурмовая группа израсходовала до 1 тонны взрывчатки. В разных ситуациях боя уничтожавшим доты мужественным саперам приходилось прилагать немыслимые, титанические усилия — сотни метров тащить взрывчатку по снегу на руках, перебираться под огнем через надолбы и завалы, расчищать минные поля, засыпать стреляющие амбразуры тяжелыми камнями.