Am 6. Juni 1774 wurde Müllenheim Stabskapitän sowie am 6. Juni 1786 Kapitän und Kompaniechef. Als Major nahm er 1794/95 am Feldzug in Polen teil und wurde am 8. März 1795 zum Bataillonskommandeur ernannt. In dieser Eigenschaft stieg er am 1. August 1798 zum Oberstleutnant und am 4. Juni 1800 zum Oberst auf. Müllenheim nahm noch am Vierten Koalitionskrieg teil, erhielt aber am 16. August 1807 seinen Abschied als Generalmajor mit einer Pension von 600 Talern. Diese Pension wurde am 4. September 1807 auf 800 Taler erhöht, aber aufgrund der schlechten Staatsfinanzen zahlte man ihm nur die Hälfte aus. Müllenheim starb am 28. Januar 1814 in Walkaschken.