Ryhmä Talvelan esikunta oli jo 8.12.1939 päätellyt, että ainoa tapa torjua Tolvajärvelle etenevät viholliset oli siirtyä itse hyökkäykseen. Suunnittelu aloitettiin heti ja alustavaksi ajankohdaksi sovittiin 11.12.1939. Vihollisten jatkuvien hyökkäysten takia joukot olivat väsyksissä ja kärsineet raskaita tappioita, tämän vuoksi hyökkäyksen ajankohtaa viivästettiin suunnitellusta päivällä.
Hyökkäyssuunnitelman mukaan vihollisen divisioona tuli saartaa ja tuhota Tolvajärven alueella.
Tolvajärven hyökkäys alkoi aamulla 12.12.1939. Osasto Malkamäki (Er.P 9 ja I/JR 16) hyökkäsi Hirvasjärven yli ja törmäsi vheti viholliseen. Kiivaissa taisteluissa molemmat pataljoonat hajaantuivat ja puolen päivän jälkeen suomalisten oli vetäydyttävä takaisin lähtöasemiin.
Er.P 112 hyökkäsi äärimmäisenä oikealla. Pataljoonan ensimmäisenä tavoitteena oli Tolvajärvessä olevan Kotisaaren valtaaminen. Vihollinen puolusti saarta voimakkaasti. Kotisaari saatiin kuitenkin iltaan mennessä vallatuksi, loppuvaiheessa apuna oli III/JR 16.
II/JR 16 hyökkäsi maantien suunnassa, hyökkäys pääsi alkamaan pari tuntia myöhässä. Samanaikaisesti vihollinen oli aloittamassa omaa hyökkäystään, mutta se tyrehtyi jalkaväen ja tykistön tulivalmisteluun. Suomalaiset etenivät tappioista piittaamatta ja vastassa olleet venäläissotilaat joutuivat vetäytymään ja pataljoona pystyi aukosta vyöryttämään kohti matkailumajaa. Eteneminen hidastui ja evl Pajari komensi reservinä olleen 3./ER.P 10:n hyökkäämään matkailumajalle. Isku onnistui ja matkalumaja vallattiin. Illan suussa koko alue oli vallattu ja saaliiksi saatiin runsaasti sotasaalista.
Illalla 12.12.1939 joukkojen pääosa koottiin Tolvajärven kylän maastoon lepoon ja huollettavaksi. Tavoite oli saavutettu.
