Свое понимание хода и исхода советско-финляндской войны, ее итогов, оперативно-тактические и иные выводы Тимошенко изложил в рапорте на имя Наркома обороны СССР. В нем, в частности, отмечалось, что красноармейцы и командиры проявили массовый героизм, многие из них - высокое воинское мастерство, разумную инициативу, стойкость, мужество. Успех, однако, был достигнут дорогой ценой. По неполным данным, потери советских войск составили: более 50 тысяч убитыми, около 16 тысяч пропавшими без вести, обмороженными почти 11 тысяч, более 170 тысяч ранеными. Причин этого, по мнению Тимошенко, было несколько. Первая - явная недооценка противника. Вторая - упрощенная оценка обстановки, породившая просчет в планировании военных действий. Третья - плохое оборудование театра военных действий для крупномасштабного наступления Сказались, безусловно, и неудовлетворительная подготовка войск, в том числе личного состава, а также их непродуманное материально-техническое обеспечение.
Детально рассмотрев оперативно-тактические вопросы, проблемы применения родов войск в операции и бою, Семен Константинович сформулировал конкретные предложения (их насчитывалось более двадцати) по совершенствованию организационной структуры войск, их технического оснащения, тактики боя. Предлагалось также коренным образом изменить содержание боевой и политической подготовки личного состава, оперативной подготовки штабов, методы их обучения .
Перед отъездом в Москву Семен Константинович вместе с К.А. Мерецковым осмотрел линию Маннергейма. Общая глубина территории с оборонительными сооружениями, как подсчитали в штабе, составляла 80 - 100 километров. 350 сооружений были железобетонными, 2400 дерево-земляными. Проволочные заграждения имели в среднем 30 рядов каждое, надолбы - до 12 рядов. Любой населенный пункт представлял собой укрепленный узел, обеспеченный радио-, и телефонной связью, госпиталем, кухней, складами боеприпасов и горючего. Боевые узлы сопротивления имели преимущественно по пять опорных пунктов, чаще всего по три - четыре пулеметно-артиллерийских дота в каждом. Особенно выделялись доты постройки 1938-1939 годов с круговым обзором, с несколькими орудийными и пулеметными амбразурами. Их обслуживали гарнизоны от взвода до роты, жившие в подземных казармах. Над поверхностью земли поднималась только боевая часть сооружения. Под землей были укрыты казематы, склады, кухня, общая комната, офицерская комната, машинное помещение, туалет, лазы в купола и запасной вход. Покрытие такого дота, сделанное из железобетона, достигало двух метров толщины. Оно выдерживало прямое попадание 203-миллиметрового снаряда.
Итоги и уроки советско-финляндской войны были рассмотрены на мартовском Пленуме ЦК ВКП(б). Доклад "Уроки войны с Финляндией" сделал К.Е.Ворошилов. Он отметил, в частности, что "ни нарком обороны, ни Генштаб, ни командование Ленинградского военного округа вначале совершенно не представляли себе всех особенностей и трудностей, связанных с этой войной"{29}. Выступил и Семен Константинович. Он глубоко обосновал вывод о том, что война вскрыла немало недостатков в теории и практике обучения войск, их оснащении, в вопросах подготовки и ведения боя и предложил немедленно приступить к ликвидации "отставания Красной Армии от общих темпов прогресса военного дела". Пленум рекомендовал обсудить вопросы дальнейшего строительства Советских Вооруженных Сил на расширенном заседании Главного военного совета РККА.
Совещание в Кремле 14 - 17 апреля проходило в обстановке, очень понравившейся Тимошенко. "Подобного не было уже многие годы, имею в виду подобной атмосферы деловитости", - поделился он впечатлением спустя несколько дней с Н.С.Хрущевым - членом Военного совета Киевского Особого военного округа. Принявшие участие в его работе командующие, командиры, политработники отмечали, что победа в Финляндии стоила лишних жертв, которых можно было избежать. Они настаивали на том, чтобы коренным образом улучшить вооружение, организацию, обучение и воспитание войск, перестроить методы руководства в армии (меньше опеки старших над младшими), переработать уставы с учетом опыта начавшейся второй мировой войны и боевых действий при защите границ и государственных интересов СССР в 1938 - 1940 годах, пересмотреть методы моральной подготовки армии и народа к защите Отечества. На совещании выступил И.В.Сталин, который под влиянием опыта советско-финляндской войны был вынужден переориентироваться на молодые кадры. "Опыт гражданской войны... недостаточен на сегодня и кто этого не понимает, тот погиб. У нас есть в командном составе, - подчеркнул он, - засилие участников гражданской войны, которые могут не дать ходу молодым кадрам. Надо выдвигать молодые кадры, которые являются нашей надежной сменой. Надо... танцевать от опыта империалистической и современной войн"{30}.