Неудачи финских войск вынуждали Хельсинки идти на постепенное принятие советских условий, как бы они ни были тяжелы. Маннергейм опасался, что усталость финских войск, которые уже ввели в дело все резервы, может привести к тому, что фронт вот-вот рухнет. Ниукканен верил, что армия, особенно с западной поддержкой, все же сможет продержаться достаточно долго. Рюти же надеялся на вступление в войну на стороне Финляндии Швеции, что помогло бы остановить советское наступление на Карельском перешейке. Помощь экспедиционного корпуса Англии и Франции он соглашался принять лишь в самом крайнем случае.
Поскорее заключить мир Финляндию побуждала не только Швеция, но и Германия. До немцев дошли слухи о готовящейся англо-французской высадке в Скандинавии. Гитлер справедливо усмотрел здесь угрозу оказаться отрезанным от шведской железной руды. Побывавшему в конце февраля в Берлине бывшему премьер-министру Финляндии Т. Кивимяки в германском МИДе посоветовали заключить мир на любых условиях и ждать окончания мировой войны, чтобы получить компенсацию от победителей.
Маннергейм вспоминал: «11 марта английское и французское правительства выступили с декларациями, где выражали намерение помочь Финляндии, в случае, если та об этом попросит. Но перед лицом неясных факторов, с действием которых было связано возможное продолжение войны, финская делегация подписала мирный договор поздно вечером 12 марта». В этот же день правительства Англии и Франции решили отправить экспедиционный корпус в Скандинавию, независимо от официального финского запроса.
Высадка была намечена на 20 марта. К тому времени союзники надеялись уговорить финнов обратиться с просьбой о помощи. На заседании британского кабинета 12 марта глава «Форин офис» лорд Галифакс заявил: «Россия опасается Германии и не желает видеть Германию слишком сильной… В то же время она не хочет войны с нами… Если начнется война с Россией, она, возможно, будет ограничена отдельными театрами военных действий и не перерастет в официальное объявление войны». Союзники все еще надеялись, что в случае высадки экспедиционного корпуса дело, в худшем случае, ограничится локальными стычками с советскими войсками и не перерастет в большую войну. 12-го числа первые корабли уже вышли в море, но были возвращены после получения известия о заключении Финляндией мира.
Подписанный в Москве мир был для Финляндии тяжелым. К Советскому Союзу отошла территория Карельского перешейка с Выборгом, острова в Финском заливе, западное и северное побережье Ладожского озера с городами Кексгольмом, Сортавала, Суоярви, территорию далее к северу от Ладоги с городом Куолаярви и часть полуостровов Рыбачий и Средний на Крайнем Севере. Петсамо, захваченный Красной армией в первые дни войны, был возвращен финнам. Полуостров Ханко поступал на 30 лет в аренду Советскому Союзу для создания там военно-морской базы. 31 марта 1940 года уступленные Финляндией территории, за исключением Карельского перешейка, были объединены с Советской Карелией в Карело-Финскую ССР, партийную организацию которой возглавил все тот же Куусинен. О Финляндской Демократической Республике больше не вспоминали, но Карело-Финская союзная Республика и 71-я особая дивизия оставались как бы «бронепоездом на запасном пути». В случае благоприятной военно-политической обстановки к ней всегда можно было присоединить и остальную Финляндию. Сталин хотел, чтобы правительство в Хельсинки это помнило.
Красная армия в «зимней войне» понесла очень большие потери. Согласно спискам, составленным уже после Великой Отечественной, с финского фронта в 1939–1940 годах не вернулось 131 476 человек. По некоторым данным, в эти списки не попало до 20–25 процентов погибших, так что истинное число погибших достигает, возможно, 170 тысяч человек. В плену оказалось около 5655 советских военнослужащих (по некоторым оценкам — до 6000). Из них более 5,5 тысячи были репатриированы на Родину, 111 человек (по другим данным — 113) умерли в плену от ран и болезней, а более 20 человек (по другим оценкам— более 100) остались в Финляндии. От 150 до 450 советских пленных записались в антисоветскую Русскую Народную Армию, которая под руководством бывшего секретаря Сталина Бориса Бажанова собиралась бок о бок с финнами бороться против большевиков, но так и не успела вступить в бой. Судьба военнослужащих этой армии не вполне прояснена и сегодня. Было ли большинство ее бойцов репатриировано в СССР, получила ли часть из них тайное убежище в Финляндии, помимо тех, кто официально оставался на финской территории до середины 1941 года, или их по финским документам переправили в третьи страны, точно определить пока не представляется возможным. Потери Красной армии ранеными и больными, по всей вероятности, превысили 500 тысяч человек. Автобронетанковые войска Красной армии безвозвратно потеряли в боях с противником 650 танков, около 1800 было подбито, а более 1500 вышли из строя по техническим причинам. В качестве трофеев финны захватили 131 танк. Безвозвратные потери советской авиации составили не менее 522 машин (из которых 182 разбились в авариях). Финны безвозвратно потеряли 67 самолетов и 27 танков.