13 декабря 1939 года бригаду придали 18-й сд с задачей ударом на Сортавалу выйти в тыл финским войскам на Карельском перешейке. Уже к исходу дня 76-й тб и 179-й мсб отбросили финнов к северной окраине Сюскуярви, за которую последующие два дня шёл бой, увы, безрезультатный — взять её так и не смогли. 82-й тб в это время вёл бой в районе Уома, а 83-й тб патрулировал дороги на участке Лавоярви — Лемети. 20–23 декабря 1939 года контратакуемая финнами 18-я сд перешла к обороне. К 31 декабря финны перерезали дорогу Уома — Кяснясоляя и прервали связь 34-й лтбр с тылами и 82-м тб. 1–2 января стало ясно, что бригада отрезана от частей 56-го ск. Была организована круговая оборона штаба в Южном Лемети, для чего сформировали сводный стрелковый батальон из сапёров, связистов и тыловых подразделений управления бригады — всего 450 человек. Связь с другими частями бригады поддерживалась по радио. Попытка двух рот 179-го мсб пробиться в Южное Лемети, сопровождая колонну в 168 машин с горючим, продовольствием и боеприпасами, не увенчалась успехом. 3 января финны неоднократно атаковали наши окружённые части, но все атаки были отбиты. На следующий день противник перерезал дорогу, ведущую на Северное Лемети, и 34-я лтбр оказалась расчленённой на три части, при этом связь между ними оказалась нарушенной. 5—14 января финны продолжали атаки, и положение наших частей с каждым днём ухудшалось. Командир 76-го тб капитан Рязанов неоднократно радировал комбригу: «Помогайте, несу большие потери!» Ответ был: «Держитесь сами, помощи не будет». Тогда Рязанов собрал комсостав батальона для постановки задачи на выход из окружения. Но уполномоченный особого отдела, находившийся в батальоне, обвинив комбата в трусости, запретил выход из окружения. На это Рязанов сказал: «Я командир батальона, и мои распоряжения выполнять!» После этого уполномоченный расстрелял командира батальона. В результате к 4 февраля от 76-го тб осталось лишь 19 человек, которые сумели пробиться в Южное Лемети к штабу бригады. В январе 1940 года бригада ещё имела возможность выйти из окружения, бросив только колёсные машины. В конце месяца штаб запросил командование 56-го ск и 8-й армии относительно выхода. В бригаде стали готовить сани и лыжи, ещё было немного горючего в танках, продовольствие и боеприпасы. Но командующий 8-й армией Г. М. Штерн прислал радиограмму: «Держитесь, помощь идёт!» В результате ещё почти месяц части 34-й лтбр провели в кольце без всякой поддержки извне. От недоедания у многих началась «куриная слепота», поэтому по ночам финны свободно подходили к нашим окопам и забрасывали их гранатами. Особенно активно противник действовал в период с 21 по 28 февраля.

Финские солдаты осматривают брошенные советские танки БТ-5. Зима 1940 года.

28 февраля 1940 года в 21.00 части 34-й лтбр начали выход из окружения, двигаясь тремя группами. При выходе из окружения застрелились командир бригады комбриг Кондратьев, военком полковой комиссар Гапанюк, начальник политотдела полковой комиссар Теплухин, начальник особого отдела Доронкин. Видимо, комсостав понимал, что всё равно их расстреляют, обвинив в предательстве и трусости. Но на самом деле преступным являлось использование 34-й лтбр для самостоятельных действий в тылу противника, так как в условиях данного театра военных действий (ТВД) нецелесообразно было применять танки целыми частями и подразделениями — бригадой и даже батальоном. Бригада была сильно раздроблена и разбросана по большой территории. Штабы 56-го ск и 8-й армии не имели никаких сведений о противнике, поэтому при постановке задачи бригаде не сообщили никакой информации о расположении финских войск.