17 декабря 1939 года командование бригады получило боевую задачу: поддержать наступление частей 50-го стрелкового корпуса (123-я и 138-я стрелковые дивизии) при атаке укреплённых узлов Хотгинен и высоты 65,5. Начальник штаба 138-й дивизии доложил в штаб корпуса, что «впереди никакого укрепрайона нет, противник бежит». Не проверив этих сведений, командир корпуса комдив Ф. Горленко отдал приказ отменить ранее назначенную 5-ти часовую артиллерийскую подготовку и двинуть в атаку пехоту 138-й дивизии при поддержке 91-го танкового батальона. Однако наступающие упёрлись в мощную укреплённую полосу обороны противника и попали под сильный артиллерийско-пулемётно-миномётный огонь.
Жительница Ленинграда дарит цветы экипажу танка Т-28 «Андрей Жданов» 20-й тяжёлой танковой бригады. 24 апреля 1940 года (АСКМ).
1 марта 91-й танковый батальон овладел районом Пероинсункюля и высотой 30,6, захватив там батарею 76,2-мм орудий, радиостанцию, более 100 лошадей и разгромив штаб пехотной дивизии.
3–7 марта 1940 года бригада во взаимодействии со 123-й стрелковой дивизией вела бой за высоты 13,7 и 88,0, преодолевая при этом надолбы, минные поля и зону затопления. 7 марта во время атаки высоты 13,7, когда пехота встретила сильное сопротивление финнов и залегла, лейтенанты Яник, Копытов и военный комиссар 90-го такового батальона старший политрук Брагин вышли из танков, вернулись к пехоте и повели её в атаку на финские позиции, завершившуюся рукопашной схваткой. В результате боя сильно укреплённая высота 13,7 была взята, а трём командирам-танкистам присвоили звание Героев Советского Союза (Брагину — посмертно).
8 марта 91-й батальон занял станцию и населённый пункт Тали, а к 12 марта батальоны бригады, развивая успех, вышли на рубеж высота 45,5 и озеро восточнее Портинхайка.
20-я танковая сыграла при прорыве «линии Маннергейма» наиболее активную, если не решающую роль. Эта бригада благодаря умелому и энергичному руководству была подготовлена к боевым действиям лучше других танковых частей. Её командование сумело организовать хорошую координацию действий с другими родами войск, правда, справедливости ради, стоит отметить, что не всегда это удавалось сделать должным образом.
Взаимодействие танков с артиллерией и пехотой осуществлялось методом совмещения командных пунктов танковых, артиллерийских и пехотных начальников. На КП устанавливались дополнительные приёмники на волнах боевых сетей танков. Этот метод дал положительные результаты, так как всё время своевременно удовлетворялись заявки танкистов на подавление артогня противника и начальники были в курсе боевой обстановки.
Для управления танками во время боя командиры подразделений активно использовали радио. Переговоры осуществлялись при помощи закодированной условными сигналами таблицы, составленной из необходимых для боя фраз и обозначений (например, танки назывались конями, пехота — винтовками, горючее — водой и т. д.).
Хорошо было налажено снабжение 20-й танковой бригады: батальоны, по несколько дней находясь в боях, в течении всей войны не имели перебоев в получении всего необходимого, несмотря на загруженность дорог в тылу и пробки на них.
Несколько слов о бытовых условиях танкистов на Карельском перешейке. В условиях суровой морозной зимы, при отсутствии жилья, далеко не всегда удавалось найти ночлег в землянке или в специально утеплённом автофургоне. В танке же было слишком тесно, при выключенном двигателе слишком холодно, а при работающем можно было угореть. Однако танкисты нашли выход: брезент, которым укрывали танк от непогоды, спускали с орудийной башни так, чтобы он образовывал навес над бронёй моторного отделения. Для отопления своей «палатки» экипаж использовал горячий воздух, отбрасываемый от двигателя: с помощью специального щитка его направляли внутрь брезентового навеса. Иногда в «палатку» проводили освещение, используя лампочки с питанием от танковых аккумуляторов. С помощью тех же брезентов делали себе баню — палатку натягивали прямо на снегу или на льду, сооружали тёплый пол из соломы, хвойных веток и досок, вместо печки использовали бочки из-под бензина, а воду наливали в цинковые ящики из-под патронов.