In den Sommermonaten ist die Zwergwaldmaus dämmerungs- und nachtaktiv. Als bodenbewohnender Kleinsäuger ist sie mit kurzen Hinterfüßen und Vibrissen sowie kleinen Ohren und Augen gut an ein Leben im und am Boden angepasst. Im Gegensatz zu den anderen Waldmaus(Apodemus)-Arten klettert sie weniger und gilt als unbeweglicher und langsamer. Ihr Aktivitätsradius beträgt zwischen 750 m² und 2.500 m² und ist insbesondere bei ausreichendem Nahrungsangebot tendenziell kleiner. Die Reviere der männlichen Tiere überlappen mehrere weibliche Territorien. Weibchen nutzen hingegen nur optimalen Bereiche ihres Habitats und bleiben bevorzugt in der Umgebung ihres Baus. Im Sozialverhalten unterschieden sich Zwergwaldmäuse mit ihrer außerordentliche hohen Toleranz gegenüber Individuen ihrer Art sehr von ihren verwandten Apodemus-Arten. Sie leben meist in lokalen Gruppen und legen auf engem Raum ihre Baue in unmittelbarer Nachbarschaft an. Die Zwergwaldmaus gräbt zwar eigene, flache Baue, kann aber auch häufig in Bauen der Feldmaus (Microtus arvalis) und des Maulwurfs (Talpa europaea) beobachtet werden. Eine Besonderheit ist der Fluchtgang, welchen sie nicht zur Gänze fertiggräbt und erst bei Gefahr durchbricht. Entlang der Gänge befinden sich 10 cm große Kammern. Ein Bau verfügt meist nur über einen, an der Oberfläche gut getarnten, Eingang. Neben einem Hauptbau besitzen Zwergwaldmäuse Erdverstecke und Nebenbaue. Für den Winter gräbt sie tiefer liegende Baue (bis 1,5 Meter), um in frostfreie Schichten vorzudringen. Ab Oktober beginnt sie mit der Anlage von Samenvorräten. Zusammen mit ihren Jungen aus dem letzten Jahreswurf verbringt sie die kalten Monate in einem aus Blättern und Gräsern gut ausgepolsterten Nest. Bis zur Fortpflanzungszeit im Frühjahr werden auch Männchen im Bau geduldet.

Die Fortpflanzungszeit der Zwergwaldmaus beginnt im März und dauert bis August. Eine frühere Reproduktion kann bei mildem Februarwetter beobachtet werden. Im Unterschied zu anderen Waldmäusen (Apodemus) ist die Fortpflanzungszeit kürzer und Herbstwürfe erfolgen früher mit weniger Jungtieren. Zur Aufzucht ihres Nachwuchses legt das Weibchen ein Nest in einer 15 cm breiten Kammer in 60–80 cm Bodentiefe an. Zwei Mal im Jahr bringt das Weibchen 4–6 Junge zur Welt. Früh im Jahr geborene Tiere werden nach 2 Monaten, spät im Jahr geborene im nächsten Frühjahr geschlechtsreif. Mit Erreichen von einem Körpergewicht von 14–16 Gramm gilt der Nachwuchs als Erwachsen. Im Idealfall kann ein Weibchen in einem Jahr bis zu 27 Junge zur Welt bringen. Bei Zwergwaldmäusen treten keine wiederkehrenden Massenvermehrungen auf. Je nach Lebensraum liegen die Populationsdichten zwischen 1,1 und 9,5 Individuen pro Hektar. 

Die Zwergwaldmaus ernährt sich je nach Saison und Lebensraum in unterschiedlichen Anteilen von pflanzlicher und tierischer Kost. Insekten in Form von Spinnen, Asseln und Regenwürmern frisst sie vor allem im Frühjahr, wenn das Angebot an Samen gering und der Bedarf an tierischem Eiweiß hoch ist. Im Sommer ernährt sie sich fast ausschließlich (bis zu 80 %) vegetarisch. Zu dieser Jahreszeit sind Früchte und Samen von Getreide, Gräser, Kräuter sowie Nektar und Pollen von Blüten eine entscheidende Nahrungsquelle. Besonders gerne verzehrt sie Samen von Knöterich- und Gänsefußgewächsen, Hühner-, Borstenhirse und Fuchsschwanz. Sie meidet lediglich harte Samen und Samen mit einem hohen Anteil an ätherischen Ölen. Wasser nimmt die Zwergwaldmaus vorwiegend über die Nahrung auf. Im Spätsommer und Frühherbst frisst sie viele Früchte. Im Winter ernährt sie sich neben Wurzeln und Knollen von einem angelegten Samenvorrat. An grüne Pflanzenteile gelangt sie durch Gänge unter der Schneedecke.

Strauchreiche Lebensräume, Kahlschlagfläche und Waldränder teilt sie sich mit der Waldmaus (Apodemus sylvaticus). Äcker, Wiesen und Steppenbiotope werden auch von der Ährenmaus (Mus spicilegus) und der Feldmaus besiedelt. Über Dominanzverhältnisse und Auswirkungen dieser Konkurrenzsituationen ist nicht viel bekannt. Die geringe Körpergröße der Zwergwaldmaus und ihr wenig aggressives Verhalten lässt eine untergeordnete Rolle vermuten. Feldmäuse setzen sich zudem häufig gegenüber anderen Kleinsäugern durch.
Angaben zu potentiellen Feinden fehlen in der Literatur. Lebensraum und Lebensweise lassen annehmen, dass typische Feld- und Waldmausjäger wie Mauswiesel (Mustela nivalis), Hermelin (Mustela erminea), Rotfuchs (Vulpes vulpes), Iltis (Mustela putorius), Mäusebussard (Buteo buteo), Waldohreule (Asio otus), Sumpfohreule (Asio flammeus) und Schleiereule (Tyto alba) auch regelmäßig Zwergwaldmäuse erbeuten.

In Österreich ist die Zwergwaldmaus eine der am wenigsten bekanntesten Kleinsäugerarten. Weiterführende Studien zur Einschätzung ihres Gefährdungspotentials sind daher dringend notwendig. Wie bei der Ährenmaus, dem Feldhamster (Cricetus cricetus) und dem Ziesel (Spermophilus citellus) ist davon auszugehen, dass die Intensivierung und Modernisierung der Landwirtschaft regionale Vorkommen gefährdet. Der Rückgang brachliegender Flächen in unserer Kulturlandschaft führt zu zusätzlichen Lebensraumverlust. Anzunehmen ist, dass die Zwergwaldmaus vom Lebensraumschutz des Feldhamsters und des Ziesels profitiert.

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