, Miller tornò alle gare anche nella stagione 2009-2010. Inizialmente non prese parte a diverse prove ; tuttavia il 15 gennaio 2010 riuscì a tornare alla vittoria, precedendo nella supercombinata di Wengen gli svizzeri Carlo Janka e Silvan Zurbriggen. In febbraio si presentò ai XXI Giochi olimpici invernali di in ottima condizione, vincendo tre medaglie in tre gare. La prima fu il bronzo nella discesa libera, alle spalle di Didier Défago e Aksel Lund Svindal. A questa fecero seguito l'argento nel supergigante di quattro giorni dopo, battuto ancora una volta da Svindal, e infine il suo primo oro olimpico, ottenuto nella supercombinata vinta davanti a Ivica Kostelić e a Zurbriggen, rispettivamente argento e bronzo. Non concluse invece lo slalom gigante e lo slalom speciale e non prese più parte a gare di Coppa dopo le Olimpiadi, chiudendo la stagione al 20º posto con 361 punti.