Cuối cuộc chiến 105 ngày, không quân Liên Xô đã ném bom 690 thành phố, thị trấn và làng mạc. Máy bay của không lực lục quân bay 44.041 phi vụ, hải quân bay 8.000 phi vụ, ném hơn 25 ngàn tấn bom (55.000 quả), 41 ngàn khối bom cháy. Cường kích Hồng quân tấn công hơn 440 phi vụ. Không lực Hồng quân mất 314 máy bay do cao xạ Phần Lan, 207 chiếc khác bị hạ bởi các máy bay tiêm kích.

Tổn thất của dân thường Phần Lan do không kích là 956 người chết, 540 bị thương nặng, 1.300 bị thương nhẹ với 2.000 ngôi nhà bị phá hủy, 5.000 nhà khác bị hư hại. Trong cả cuộc chiến, Phần Lan phải hứng chịu thiệt hại nặng nề[55], với 25.000 người chết, 55.000 bị thương, 450.000 người mất nhà cửa. Nước Phần Lan đã "chảy máu từ muôn nghìn vết thương"[43].

Hồng quân Xô Viết đã không thực hiện được kế hoạch đề ra ban đầu và bị tổn thất lớn, do vậy vị thế của Liên Xô trên vũ đài quốc tế bị suy sụp.[69] Có thể thấy, dù nhỏ bé và trang bị kém nhưng quân Phần Lan đã cầm chân Hồng quân trong suốt cuộc chiến (lâu hơn hẳn dự kiến của Liên Xô[2]), do đó đây là một thắng lợi tinh thần cho họ và thực sự là một bài học đối với quân đội Liên Xô. Những thất bại của Liên Xô trong chiến tranh đã đem lại cho Stalin một dấu ấn không thể phai mờ, khiến ông phải đánh giá thấp hơn khả năng của quân đội Liên Xô. Ông trở nên hết sức thận trọng trước nguy cơ nước Đức của Hitler tấn công Liên bang Xô viết.[26][43][60] Trong khi người Phần Lan xem chiến tranh mùa đông là cuộc tranh đấu không còn lựa chọn nào khác để bảo vệ đất nước[40], cuộc chiến đã mang lại cho Phần Lan sự đoàn kết dân tộc ở một mức độ cao, gọi là Hào khí của Chiến tranh Mùa đông[70]. Ngoài ra, vị thế quốc tế của Phần Lan cũng gia tăng.[2][55] Johan Nykopp - nhà ngoại giao hàng đầu của Phần Lan và là một thành viên của nhóm đàm phán tới Moskva vào tháng 11 năm 1939 đã cho rằng[71] chiến tranh Mùa đông và Hòa ước đình chiến đã cứu Phần Lan khỏi việc mất tên hoàn toàn trên bản đồ thế giới.

Dù sao, Liên Xô đã có thể đoạt được các khu vực chiến lược nhằm củng cố phòng thủ đất nước và lấy thêm nhiều nhà máy, công trình của Phần Lan trên vùng đất mới Karelia[1]. 30% sản lượng kinh tế Phần Lan đã rơi vào tay Liên Xô.[2] Thành thử, như nhiều sự kiện lịch sử khác, chiến tranh Liên Xô-Phần Lan được xem là câu chuyện sống động về cuộc tranh đấu của một nước nhỏ chống lại sự tấn công của một nước mạnh láng giềng, mà kết thúc như dự đoán là nước nhỏ thua và phải nhượng bộ cho nước mạnh.[71] Ngoài ra, cuộc chiến cũng đem lại một số bài học quý báu cho Hồng quân Xô Viết.[72] Song, hậu quả trực tiếp của cuộc Chiến tranh Liên Xô-Phần Lan là sự cô lập của Liên Xô với các cường quốc, ngoại trừ Đức.[26] Sau khi Liên Xô chiếm dải đất Karelia của Phần Lan, họ đã tạo được cái đệm quan trọng cho Leningrad[2] nhưng cũng gây ra sự căm phẫn trong dân chúng và chính phủ Phần Lan, khiến họ từ bỏ chính sách trung lập và tham gia cùng với quân Đức tấn công Liên Xô trong Chiến tranh Xô-Đức năm 1941. Dù vậy sau khi giành lại các vùng đất bị mất năm 1940, quân Phần Lan đã đơn phương dừng lại, không tiếp tục tiến vào lãnh thổ Liên Xô và không tham gia nhiều vào bao vây Leningrad cùng phát xít Đức.

Năm 1944, Hồng quân Liên Xô phản công tại Trận Leningrad và phải trả một giá đắt để đánh bại được quân Phần Lan, đồng thời chiếm lại các vùng đất này. Về lý thuyết, Hồng quân có thể lấy lý do Phần Lan tham chiến trong phe Trục cùng Đức Quốc xã để tấn công, chiếm toàn bộ đất nước này. Tuy nhiên, lúc này Đức đã sắp bị đánh bại, ban lãnh đạo Liên Xô xét thấy việc tấn công Phần Lan là không còn cần thiết để tự vệ như cuộc chiến năm 1940. Hồng quân dừng tấn công, hai bên xúc tiến việc ký hiệp ước hòa bình.

Phần Lan và Liên Xô sau đó đã ký kết hòa ước: Phần Lan công nhận chủ quyền của Liên Xô tại Karelia, trong khi Liên Xô đảm bảo sẽ không đưa quân vào Phần Lan và cũng không thuê cảng biển của Phần Lan nữa (do mối đe dọa từ Đức đã sắp kết thúc), đồng thời Liên Xô cam kết bảo vệ Phần Lan nếu họ bị quân Đức tấn công. Sau đó 1 tháng, quả nhiên Đức đem quân tấn công Phần Lan (Chiến tranh Lapland), và tuân theo hiệp ước, Liên Xô đã hỗ trợ Phần Lan đánh bại quân Đức tấn công nước này. Từ sau 1944, 2 nước có quan hệ ngoại giao khá tốt, Phần Lan là một trong số ít nước phương Tây duy trì quan hệ hợp tác kinh tế, kỹ thuật với Liên Xô trong suốt thời kỳ Chiến tranh Lạnh (Xem chi tiết: Mặt trận Phần Lan (Chiến tranh Xô-Đức))