28 февраля войска фронта после артиллерийской подготовки перешли в наступление. 19-й и 50-й стрелковые корпуса 7-й армии прорвали вторую оборонительную полосу в районе Пиенперо. Противник начал отход в северо-западном направлении, оказывая на ряде участков упорное сопротивление. Войска 7-й армии энергично преследовали отступающих финнов. Наибольший успех имела 123-я дивизия, которая вышла на рубеж: станция Перо — Раухата — Итяйнен. За пехотой следовала на лыжах полковая артиллерия, а за ней — дивизионная. После перемещения дивизионной артиллерии смену боевых порядков производила корпусная артиллерия, а за ней — артиллерия большой мощности. Начальники артиллерии корпусов и штабы корпусов не планировали для смены боевых порядков частей использовать имеющиеся дороги и не занимались регулированием движения, что привело к образованию «пробок» на дорогах. В характеристике боевых действий артиллерии Северо-Западного фронта сказано: «…дороги оказывались забитыми, получались пробки, приводившие к тому, что скачок артиллерии в 6–8 км затягивался обычно на 2–3 дня, вместо нескольких часов, а это очень отражалось на темпе всей операции».
3-й, 15-й и 23-й корпуса 13-й армии после артподготовки также перешли в наступление. 17-я и 50-я дивизии 15-го корпуса начали наступление при плохом взаимодействии с артиллерией, организацию которого пришлось заканчивать в процессе артподготовки. «Из-за этого пехота была брошена на полосу, конкретные объекты которой были недостаточно обработаны артиллерийским огнем, и понесла напрасные потери». Неоправданная поспешность в организации прорыва привела к тому, что некоторые артиллерийские командиры не сумели завершить организации взаимодействия и управлять артиллерией в бою. В докладе начальника артиллерии фронта комкор Сивков отмечал: «Штаб артиллерии 50-й стрелковой дивизии показал полную неспособность управлять огнем большого количества артиллерии; организовать управление огнем удалось лишь с помощью представителей штаба артиллерии фронта».
Наступление 23-го корпуса 28 февраля сначала тоже успеха не имело. Пехота, встреченная из долговременных сооружений сильным ружейным и пулеметным огнем, залегла перед надолбами и дальше продвинуться не смогла. Оказалось, что огонь на разрушение с закрытых позиций (19–21 февраля) не обеспечил разрушения обнаруженных дотов. Тогда, воспользовавшись слабостью противника в артиллерии и авиации, начальник артиллерии корпуса принял решение на выдвижение значительного количества артиллерии на открытые огневые позиции для стрельбы прямой наводкой.
Успешная боевая работа артиллерии немедленно сказалась на развитии наступления. Вскоре 23-й корпус успешно повел наступление, овладел Муола-Ильвесским узлом сопротивления и начал преследование противника в направлении Ристеппяля — станция Хейниоки.
Финны, прикрываясь заграждениями и ружейно-пулеметным огнем, под ударами наших войск начали отход, сжигая населенные пункты. Успешно развивая наступление, 15-й и 23-й корпуса к 1 марта вышли на фронт: западный берег реки Вуокса — станция Ристсеппяля. Главная оборонительная полоса была преодолена войсками на всем протяжении. При разгроме противника советскими войсками было захвачено до 70 дотов. Только части 15-го корпуса захватили 36 дотов, более 12 дзотов, много орудий и боеприпасов.
Успех в наступлении в значительной мере был обеспечен тем, что артиллеристы смело выдвигали орудия на открытые огневые позиции и разрушали доты огнем прямой наводкой (95-й гаубичный полк, 202-й гаубичный полк большой мощности, 49-й корпусный тяжелый артиллерийский полк и др.).
Неся огромные потери в людях и вооружении, финны совершили отход на всем 60-километровом фронте от озера Вуокса до Выборгского залива. Подвижные отряды продолжали преследование. К 1 марта войска 7-й армии подошли к позициям, непосредственно прикрывавшим Выборг, а 13-я армия развивала наступление в северном и северо-западном направлениях, одновременно ведя подготовку к форсированию частью сил реки Вуокса в ее среднем течении.
После прорыва второй оборонительной полосы войска преследовали противника, а созданный на базе оперативной группы 7-й армии 28-й корпус следовал за частями 43-й дивизии с целью выхода на острова южнее Выборга. Но выход 28-го корпуса на острова задерживался из-за медленного освобождения полуострова Койвисто и островов, прилегающих к нему. Финны упорно обороняли полуостров и острова, понимая всю опасность для обороны Выборга в случае занятия их советскими войсками. В это же время командованием Красной армии было принято решение нанести завершающий удар по противнику со стороны полуострова Койвисто и ряда островов через Выборгский залив в тыл выборгской группировке и саймаанским позициям и тем самым отрезать пути отхода на запад всей карельской группировке финнов.
В исполнение поставленной задачи командующий фронтом произвел перегруппировку сил и поставил армиям задачи. В ходе перегруппировки 19-й корпус был передан из 7-й армии в 13-ю, 42-я дивизия — в 10-й корпус, а 95-я дивизия была включена в состав 34-го корпуса. К 1 марта 7-я армия состояла из четырех стрелковых корпусов: 28-го (86-я, 173-я и 70-я дивизии), 10-го (42-я, 43-я и 113-я дивизии), 34-го (7-я, 95-я, 91-я и 100-я дивизии) и 50-го (84-я, 123-я и 24-я дивизии); 13-я армия — из четырех стрелковых корпусов: 19-го (51-я и 90-я дивизии), 23-го (80-я, 136-я и 62-я дивизии), 15-го (97-я, 17-я, 8-я и 50-я дивизии), 3-го (150-я и 49-я дивизии) и отдельной 142-й дивизии.
В директиве № 4709 командующий фронтом поставил армиям следующие задачи:
13-й армии: продолжать наступление своим левым флангом на станцию Антреа с ближайшей задачей выйти на фронт: Ристиниеми — Ала-Носкуа; передовыми подвижными частями овладеть узлом дорог у Корпилахти и станции Антреа, перехватив пути отхода противника на север и северо-восток Финляндии;
7-й армии: главным силам, обходя Выборг с севера и юга, разбить противника на подступах к Выборгу, овладеть городом и выйти на фронт: станция Карисальми — Лавола — Ахакас; 28-м корпусом в ночь с 3 на 4 марта форсировать Финский залив, овладеть плацдармом на его западном берегу, перерезать шоссейную дорогу Выборг — Хельсинки и овладеть районами Репола, Ниселахти; в дальнейшем наступать на станцию Симола на железной дороге Выборг — Хельсинки. Таким образом, задачей основных сил 7-й армии являлся выход их на западный берег Сайменского канала и захват плацдарма на западном берегу Выборгского залива.
Непосредственно на Выборг наступал 34-й стрелковый корпус.
В резерв фронта поступили соединения Финской народной армии и новые формирования: 3-й кавалерийский корпус и 29-я отдельная танковая бригада.
Директивой Главного военного совета № 1920 Балтийский флот с 18 часов 28 февраля перешел в оперативное подчинение командующего войсками Северо-Западного фронта.
Произошли изменения и в составе командования. Приказом Главного военного совета № 01959 от 2 марта 1940 г. командующий 13-й армией комкор В.Д. Грендаль был освобожден от занимаемой должности и назначен начальником артиллерии Северо-Западного фронта. Командир 19-го корпуса комкор Парусинов назначен командующим 13-й армией. Этим же приказом на должность начальника штаба 13-й армии был назначен вместо комбрига Голушкевича комбриг Соколов.
13-я армия, продвигаясь вперед, вышла своим левым крылом на остров Каупинсаари на реке Вуокса, озеро Носкуанселькя, а в центре — к станции Пелляккяля, острову Каупинсаари и, очищая от противника юго-западный берег реки Вуокса, пятью полками форсировала ее, развивая удар в тыл кексгольмской группировке финнов.
7-я армия своим правым флангом (шесть дивизий) и подвижной группой сломила сопротивление противника и обошла Выборге севера, продвигаясь на северо-запад. 50-й стрелковый корпус, при активной поддержке артиллерии, занял Репола и станцию Тали, перерезав железную Дорогу Выборг — Антреа и охватывая Выборг с северо-востока. 34-й стрелковый корпус, преодолевая сопротивление противника на подступах к Выборгу, 7-й дивизией завязал бои на южной и юго-восточной окраинах города.
Последние дни боев выявили организованную оборону противника остатками ранее разбитых 5-й, 3-й, 21-й и 4-й пехотных дивизий и шестью отдельными батальонами. Развитая система укреплений и заграждений способствовали обороне. Финны оказывали здесь упорное сопротивление, и бои приняли затяжной характер. 100-я дивизия обходила Выборг с северо-востока. 10-й стрелковый корпус, наступая на остров Ревонсаари, 4 марта занял его и расположенную на нем крепость Тронгзунд, захватив три батальона береговых орудий.
В борьбе за острова советские войска наступали по торосистому и покрытому глубоким снегом льду. Причем артиллерия не отставала от пехоты, а в ряде случаев вела огонь прямо со льда. Так, в борьбе за северо-западный берег Финского залива 248-й артиллерийский полк 86-й стрелковой дивизии развернулся в боевом порядке дивизии в 500—1000 м от берега и своим огнем со льда оказал существенную помощь частям дивизии в захвате берега. Еще лучше было осуществлено форсирование залива артиллерией 28-го стрелкового корпуса.
28-й корпус, начав форсирование Финского залива 4 марта, вскоре овладел островами Туппурансаари и Тейкаринсаари и успешно развивал наступление на северо-западный берег Финского залива. Захват островов был обеспечен сосредоточенным артиллерийским огнем 221-го артиллерийского полка с огневых позиций на острове Хуупалансаари, 227-го артиллерийского полка — из района каменоломни и 248-го артиллерийского полка — из района Кэри. В отчете начальника артиллерии 28-го корпуса сказано: «Благодаря массированному огню этих полков 169 стрелковый полк с героическими лыжниками смогли захватить сильно укрепленный остров Туппурнансаари с 8-ю железобетонными сооружениями, одной крепостной 155-мм батареей и одной 76-мм батареей».
Для захвата побережья Финского залива потребовалось выдвижение 221-го артиллерийского полка на огневые позиции на остров Мелансаари, а 227-го полка — на остров Тейкаринсаари, что было успешно выполнено обоими полками. Отставал от пехоты только 248-й артиллерийский полк. Исправляя это положение, начальник артиллерии корпуса комбриг Тихонов приказал полку решительно продвинуться вперед и, ввиду отсутствия островов в направлении движения полка, занять огневые позиции на льду и поддерживать бой 86-й дивизии. Полк ускорил темп продвижения и вскоре занял открытые позиции на льду, на удалении 2–3 км от побережья Финского залива. Установив полное взаимодействие с пехотой и связь с ее передовыми частями, он своим огнем обеспечил успех наступления и захват плацдарма на побережье Финского залива.