Вечером 3 января в 17.00 полковник Волков донес в штаб 9-й Армии, что положение восстановлено, финны сбиты с дороги и подвоз продовольствия и боеприпасов осуществляется бесперебойно. Это сообщение не соответствовало действительности — 3 и 4 января Виноградов несколько раз пытался сбить финнов с завала на дороге, но не сумел этого сделать. Не смогли пробиться к окруженным и батальон с броневиками с востока. 4 января обман раскрылся. Положение дивизии между делом продолжало ухудшаться.

Командование 9-й Армии передало в Ставку о тяжелом положении 44-й дивизии и о принимаемых мерах. Командование армии сумело сбросить несколько мешков сухарей в окруженную дивизию на самолетах У-2, и рекомендовало использовать в пищу лошадей. На 5 января было запланировано новое наступление с целью установить связь с окруженными полками дивизии. Удар должны были одновременно нанести группа Виноградова из котла и снаружи котла группа Львова, командира пограничного полка НКВД. Этому плану не было суждено осуществиться. Больше резервов для помощи 44-й дивизии у армии не было.

Вечером 4 января 2-й батальон 146-го полка капитана Пастухова оставил позиции на южном фланге дивизии и отступил в район расположения 305-го стрелкового полка. Капитан Пастухов объяснил отход тем, что батальон не ел четверо суток и был небоеспособен. Таким образом, фланг дивизии был оголен, и финны отсекли боевую группу Виноградова от остальных частей. Одновременного удара двух групп не получилось. В бою был ранен майор Львов. По некоторым данным, Львов был ранен тяжело, и его увезли с передовой на санях какой-то старший лейтенант и уполномоченный Особого отдела. За санями шел комиссар 3-го полка НКВД, который временно лишился рассудка и начал бредить. Львов, сильно страдавший от ранения, все время просил, чтобы его добили. В одном месте группе командиров показалось, что они попали в финскую засаду. Возможно, комиссар полка дошел до такого состояния, что у него начались галлюцинации. Комиссар выхватил пистолет, застрелил Львова, выстрелил в старшего лейтенанта, ранив его, и затем попытался покончить жизнь самоубийством, выстрелив себе в голову, но только ранил себя.

5 января финские батальоны перешли в решительное наступление на части 44-й дивизии на Важенваарской дороге, однако почти во всех местах советские части с трудом отбили финские атаки. Тем не менее, силы дивизии были на исходе. Кончались боеприпасы. К вечеру 5 января финны уничтожили командный пункт 25-го стрелкового полка и вели активное наступление на командный пункт 146-го стрелкового полка. Вечером раненый командир 146-го полка майор Иевлиев несколько раз передал по рации открытым текстом: «Дайте помощь, погибаем», и после этого связь прервалась.

6 января Виноградов сообщил 9-й Армии, что пробиться с тяжелым вооружением он не сможет, и запросил инструкций. Командующий 9-й Армией Чуйков ответил, что раз технику не вывести, то дивизия должна держаться и ждать помощи. Одновременно Чуйков запросил разрешение Ставки на выход 44-й дивизии из окружения без техники.

Вечером 6 января радиосвязь у штаба дивизии осталась только с 122-м артиллерийским полком, командный пункт 146-го полка был уничтожен, а у рации 25-го полка село питание. Связь с танковым батальоном также прервалась. Связь с 305-м полком все еще работала.

Вечером 6 января финские части вышли на границу и сделали завал между штабом дивизии и медсанбатом в финской погранзаставе. Личный состав штаба дивизии вышел в окопы и занял круговую оборону. На выручку медсанбату были высланы саперы и стрелки. Из Юнтусранта срочно перебрасывался батальон 305-го стрелкового полка.

6 января в 16.00 Виноградов собрал командиров полков и подразделений дивизии и сообщил о решении на прорыв дивизии вечером в 22 часа. Части дивизии с артиллерией и тяжелой техникой должны были пробиться по дороге через завалы на восток. Во главе первой колонны шли две роты 25-го стрелкового пока под командованием комполка майора Плюхина, за ними по дороге должны были двинуться сорокапятки, заряженные шрапнелью. За ними по дороге шли две батареи 122-го артиллерийского полка, танки, тыловые части дивизии и грузовики с ранеными. По показаниям старшего военфельдшера 146-го полка Аси Котляр, на грузовики были погружены только те раненые, которые могли самостоятельно передвигаться. Около 200 тяжелораненых бойцов было брошено на произвол судьбы. На вопрос Аси Котляр, что делать с тяжелоранеными, Виноградов ответил: «Дайте вывести здоровых».

Вторая колонна имела в своем составе 3-ю роту 305-го стрелкового полка, комендантский взвод, пулеметную роты и оперативную группу 44-й дивизии. Эта колонна с самого начала должна была двигаться по тайге севернее дороги. Впереди шел стрелковый взвод, затем управление полка, опергруппа дивизии, пулеметная рота, восьмая стрелковая рота и тыловая застава в составе комендантского взвода, вооруженного ручными пулеметами и автоматами.

Командирам частей и подразделений были также даны указания о действиях в случае неудачи прорыва по дороге. В таком случае части должны были вывести из строя тяжелую технику и прорываться на восток к границе севернее дороги.

В темноте вечером 6 января начался отход. Финны открыли по колонне ураганный огонь, и прорваться через завалы советским частям не удалось, начался хаос, части дивизии оставили на дороге тяжелую технику и бросились в тайгу севернее дороги. Финский огонь помешал сжечь технику, артиллеристы успели только снять с орудий замки и спрятать их в снегу. Разрозненные части дивизии пошли к границе через тайгу вдоль Важенваарской дороги, на удалении 2–3 километра от нее. По бездорожью они вышли в район Важенваары. При отходе пропал без вести командир 122-го артиллерийского полка, отправившийся в хвост колонны забрать свою раненую жену. Грузовики с ранеными были оставлены на дороге, те раненые, которые могли передвигаться, присоединились к ночному отступлению по лесу.

Колонна 305-го стрелкового полка, в которой находился Виноградов, не встречая сопротивления со стороны финнов, вышла в Важенваару. В западной литературе иногда встречается миф о том, что Виноградов спасся из окружения на бронемашине или на самолете У-2, но это не соответствует действительности. Тем не менее, Виноградов действительно повел себя не как боевой командир, покинув поле боя под охраной двух стрелковых рот.

Советские военнопленные в Суомуссалми. Из коллекции Баира Иринчеева.

В район кордона на границе прибыл 1-й батальон 305-го стрелкового полка капитана Червякова. Из всех подразделений дивизии батальон Червякова единственный не участвовал в сражении на дороге и сохранил боеспособность. Батальон занял оборону в районе кордона и обеспечил выход других подразделений дивизии из окружения. Однако снабжение батальона было так плохо поставлено, что у 40 % бойцов не было рукавиц и перчаток.

С обеспечением вышедших из окружения частей сразу возникли проблемы, так как полевые кухни полков остались у финнов на дороге вместе со всем остальным тяжелым вооружением. В качестве трофеев финнам достались 4822 винтовки, 190 ручных пулеметов, 106 станковых пулеметов, 29 противотанковых пушек, 14 зенитных установок М-4, 71 полевое и и зенитное орудие, 43 танка, 10 броневиков, 260 грузовиков, 20 тракторов, 2 легковых машины и 1170 лошадей. Запечатлеть картину разгрома и брошенное вооружение дивизии прибыли финские и иностранные журналисты. Битва при Суомуссалми была возведена в ранг величайшей финской победы и тут же стала обрастать легендами. Пресса объявила о полном уничтожении 163-й и 44-й дивизий и богатых трофеях.