Ritornando in Unione Sovietica nel dicembre 1937, Batov comandò successivamente il 10 ° Corpo di fucilieri e il 3 ° Corpo di fucilieri, quest'ultimo dei quali guidò nell'occupazione sovietica della Polonia orientale nel settembre 1939. Il corpo fu successivamente trasferito sul fronte finlandese e combatté nella seconda fase (febbraio <unk> marzo 1940) della guerra russo-finlandese.
nel settore Careliano sotto la 13esima Armata. Per i suoi servizi in Finlandia, Batov fu insignito di un secondo Ordine di Lenin, promosso comandante di divisione ("Komdiv") e, a giugno, tenente generale. In seguito è stato nominato vice comandante del Distretto militare Transcaucaso. Lo scoppio della guerra con la Germania lo avrebbe trovato nel profondo sud dell'URSS.