29 октября 1939 года Военный совет ЛВО представил, на утверждение, в НКО СССР «План операции по разгрому сухопутных и морских сил финской армии». Народный комиссар обороны СССРК. Е. Ворошилов утвердил этот план. Общий замысел плана операции состоял в следующем: «По получении приказа о наступлении наши войска одновременно вторгаются на территорию Финляндии на всех направлениях с целью растащить группировку сил противника и во взаимодействии с авиацией нанести решительное поражение финской армии»[4].

В плане операции указывались сроки (не реальные), отведённые на проведение всей операции. В частности для 7-й и 8-й армий они определялись в 10—15 дней, при среднем продвижении войск армий 10—12 км в сутки[5].

В оперативной директиве НКО СССР № 0205/оп, от 17 ноября 1939 года, направленной Военному Совету ЛВО, содержались так же и указания командованию 7-й армии[6]. Соответственно Военный Совет ЛВО в своей директиве за № 4717сс/ов, от 21 ноября 1939 года, поставил боевые задачи 7, 8, 9 и 14 армиям и предупредил, что переход в наступление будет произведён только по получению особого приказа[7].

С началом операции (Зимней войны) 7-я армия в 8 часов 30 минут 30 ноября 1939 года после 30-ти минутной артиллерийской подготовки начала наступление, перейдя государственную границу СССР с Финляндией на Карельском перешейке, в полосе 110 км, имея в своем составе 169 000 человек личного состава (л/с), 1286 орудий и 1490 танков[8].

С финской стороны ей противостояла Армия «Перешеек» под командованием генерал-лейтенанта Х. Эстерона общей численностью л/с 133 000 человек с 349 полевыми и противотанковыми орудиями, 32 танками и 36 самолётами непосредственной поддержки[9].

30 ноября 1939 года командующий 7-й армией командарм 2-го ранга В. Ф. Яковлев располагал двумя стрелковыми и одним танковым корпусом. Корпуса должны были наступать по двум стратегически важным направлениям: выборгскому и кексгольмскому. 19-й стрелковый корпус комдива Старикова (24, 138, 70-я стрелковые дивизии, 20-я танковая бригада) наступал на Выборг. Корпус был усилен двумя гаубично-артиллерийскими полками и одним корпусным артиллерийским полком. 50-й стрелковый корпус комдива Гореленко (142-я и 90-я стрелковые дивизии, 35-я легкотанковая бригада) при поддержке двух приданных полков РГК наступал на Кякисалми.

— Оболганная победа Сталина. Штурм линии Манергейма[10].

К 12 декабря части и соединения 7-й армии смогли преодолеть полосу обеспечения линии Маннергейма и выйти к переднему краю главной полосы обороны, но запланированный прорыв полосы с ходу не удался из-за явно недостаточных сил и плохой организации наступления. До конца декабря продолжались попытки прорыва, не принёсшие успеха. К концу декабря на фронте наступило относительное затишье. В течение всего января и начала февраля шло усиление войск, пополнение материальных запасов, переформирование частей и соединений. Для штурма линии Маннергеймабыл создан Северо-Западный фронт под командованием командарма 1 ранга Тимошенко и члена военного совета ЛенВО Жданова, куда вошли 7-я и 13-я армии. 11 февраля 1940 года после десятидневной артподготовки началось новое наступление Красной Армии. В ходе трёхдневных напряжённых боёв войска 7-й армии прорвали первую полосу обороны линии Маннергейма, ввели в прорыв танковые соединения, которые приступили к развитию успеха. К 17 февраля части финской армии были отведены ко второй полосе обороны, поскольку создалась угроза окружения. К 21 февраля7-я армия вышла ко второй полосе обороны. К 24 февраля части 7-й армии, взаимодействуя с береговыми отрядами моряков Балтийского флота, захватили несколько прибрежных островов. 28 февраля7-я армия начала наступление в полосе от озера Вуокса до Выборгского залива. На заключительном этапе операции 7-я армия наступала в направлении на Выборг. Финны вынуждены были отступать. Пытаясь остановить наступление на Выборг, они открыли шлюзы Сайменского канала, затопив местность северо-восточнее города, но это тоже не помогло. 13 марта войска 7-й армии вошли в Выборг.

За весь период своей боевой деятельности в советско-финской войне 7-я армия потеряла 99 919 человек (59 % от первоначальной численности), из которых безвозвратные потери составили 18 459 человек, а санитарные потери — 81 460 человек, составив в абсолютном исчислении наибольшие потери среди л/с всех армий РККА участвовавших в советско-финской войне. Это обстоятельство объясняется наибольшей численностью л/с 7-й армии, а также тем, что именно в полосе действий 7 армии были достигнуты самые существенные успехи, в советско-финской войне, и решена наиболее важная стратегическая задача группировки войск РККА.