Rykmentin lakkauttaminen ja siirtyminen sota-ajan kokoonpanoon 1939–
1930-luvulla Saksa ja Neuvostoliitto aloittivat aggressiivisen suurvaltapoliittisen ja sotilaallisen varustelun nousukauden. Kun Saksa ja Neuvostoliitto hyökkäsivät Puolaan syyskuussa 1939, sotamarsalkka Mannerheim ehdotti Suomen rauhanajan puolustusvoimien keskittämistä suojajoukkoryhmitykseen. Suomen hallitus hyväksyi ehdotuksen 5.10.
Porin rykmentti sai samana päivänä käskyn siirtyä suojajoukkokokoonpanoon ja marssia linnoitustöihin Karjalan kannakselle. Samalla rykmentti lakkasi virallisesti olemasta. Porin rykmentin joukot muodostivat uudessa järjestelyssä 1. prikaatin III pataljoonan. Keskinäisessä kielenkäytössä pataljoonaa kutsuttiin kuitenkin vanhoihin porilaisiin perinteisiin viitaten Porin pataljoonaksi. Porin rykmentissä koulutettuja satakuntalaisia ja varsinaissuomalaisia miehiä oli talvisodassa sijoitettuna myös muun muassa jalkaväkirykmentteihin 13, 14, 17, 18 sekä Polkupyöräpataljoona 6:een.
26.11. Neuvostoliitto lavasti Mainilan laukauksiksi kutsutun välikohtauksen, joka johti talvisodan syttymiseen 30.11.1939.
Talvisota
Talvisodan puhjetessa Porin pataljoona oli linnoitustöissä Karjalan kannaksella Muolaanjärven ja Äyräpäänjärven seudulla osana Suomen armeijan 1. prikaatia. Pian joukko kuitenkin otti rintamavastuun Munasuon-Taasionlampien alueella.
Vuoden 1939 lopulla Neuvostoliitto keskeytti väliaikaisesti hyökkäyksensä suomalaisten vastahyökkäyksen seurauksena. Tammikuun sodankäyntiä leimasivat jatkuvat taistelut ja puolustusasemien parantaminen. Helmikuun alussa Neuvostoliitto aloitti Karjalan kannaksella suurhyökkäyksen, jolla se tähtäsi sodan lopulliseen voittamiseen. Vuoden 1940 alkupuolella Porin pataljoona osallistui taisteluihin muun muassa Muolaanjärven ja Kämärän seudulla merkittävää ylivoimaa vastaan. Sillä oli roolinsa myös maaliskuun raskaissa viivytystaisteluissa.
Talvisota päättyi 13.3.1940, kun Suomen hallitus hyväksyi Neuvostoliiton laatiman rauhansopimuksen alueluovutuksineen.
Talvisota on tunnettu huomattavan kylmistä sääolosuhteistaan. Porin pataljoona osoittautui sodassa vahvaksi ja hyvin koulutetuksi joukoksi, mutta tappioilta ei vältytty. Talvisodan aikana Porin pataljoonasta kaatui 120, katosi 10 ja haavoittui 238 miestä.