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.