1939年11月30日，蘇聯進攻芬蘭，企圖迫使芬蘭在兩國邊境地區割讓部分領土。與芬軍相比，蘇軍不僅在數量上佔有絕對優勢，而且在坦克、火炮和飛機等武器裝備方面也處於優勢地位。因此，蘇聯自信能夠快速取勝，但結果並非如此。芬蘭頑強而又靈活的抵抗以及蘇軍最初的失誤使戰爭一直拖到1940年2月中旬，芬蘭在蘇軍的連續進攻之下，後備力量消耗殆盡，被迫屈從於蘇聯的領土要求。
蘇芬戰爭中的一處鏡頭
SMK、T-100和KV樣車作為第20重型坦克旅第91坦克營的一部分，參加了這場戰爭中的一系列小規模戰鬥。首次作戰行動發生於12月17—19日薩馬地區附近，這些試驗性坦克在戰鬥中的表現可褒可貶。總體而言，KV坦克的表現較好。在12月18日的攻擊行動中，儘管芬蘭士兵擊毀了一輛KV坦克的炮筒，迫使其後退，但坦克還是表現出了可靠的機械性能，而且敵人的直射武器無法擊毀其厚裝甲。
芬蘭作戰中第20重型坦克旅所屬的一輛SMK坦克正在行進中
另外兩種樣車的表現稍遜一籌，在一次作戰中，幾乎為蘇軍帶來大麻煩。12月19日，在5輛T-28坦克的配合下，SMK和T-100坦克再次向薩馬地區的芬蘭防禦陣地發起攻擊，支援步兵作戰。由於不怕芬軍輕武器的攻擊，坦克一直前進到敵人防禦縱深地帶，直到一輛SMK坦克的履帶被地雷炸燬為止。在坦克本身火炮及其他坦克的火力掩護下，SMK坦克車組對履帶進行了修復，但情況更糟的是，坦克的發動機又壞了。
蘇軍SMK坦克
蘇軍試圖用T-100坦克拖動SMK坦克，但由於在冰冷天氣下，履帶無法獲得足夠的抓力，此舉也宣告失敗。隨著彈藥的消耗，坦克兵們別無選擇地被迫丟棄SMK坦克後撤。為了救回這輛有價值的試驗性坦克，蘇聯裝甲部隊委員會主席巴甫洛夫還命令第167摩托化營組織了一次低效而代價高昂的救援行動。最後，在蘇軍於次年2月份最終突破了芬軍曼納海姆防線之後，這輛SMK坦克才被蘇軍救回。
蘇軍KV-1坦克
1939年12月19日，蘇軍同意大量生產KV-1坦克，並中止SMK和T-100坦克的生產，這些試驗性重型坦克在芬蘭戰爭中的表現也證實了這一決定是正確的。有人提出改進SMK（SMK-2）的建議，但沒有得到採納。戰爭中也暴露了蘇軍坦克在冬季條件下作戰時存在的某些技術上的缺陷。為了解決這個問題，蘇聯採取了許多改進措施，其中包括引入發動機點火所用的壓縮空氣箱和備用電池。
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