Trở về Liên Xô vào tháng 12 năm 1937, Batov lần lượt được phân công vào các chức vụ chỉ huy Quân đoàn súng trường 10 và Quân đoàn súng trường 3, quân đoàn sau này do ông lãnh đạo trong cuộc chiếm đóng miền đông Ba Lan của Liên Xô vào tháng 9 năm 1939. Sau đó, quân đoàn chuyển sang mặt trận Phần Lan, và chiến đấu trong giai đoạn hai (tháng 2 - tháng 3 năm 1940) của Chiến tranh Xô-Phần tại khu vực Karelia thuộc Tập đoàn quân 13. Khi phục vụ tại Phần Lan, Batov đã được tặng Huân chương Lenin thứ hai, thăng cấp sư đoàn trưởng (Komdiv) và vào tháng 6 năm đó, được đồng hóa sang cấp Trung tướng. Sau đó ông được bổ nhiệm làm phó Tư lệnh Quân khu Zakavkaz. Khi chiến tranh với Đức bùng nổ, ông vẫn còn đang phục vụ ở sâu trong phía nam của lãnh thổ Liên Xô.[5]