Милер се нашао на списку селектора Јоахима Лева за Свјетско првенство 2018. Играо је на све три утакмице у групној фази, против Мексика, Шведске и Јужне Кореје. Стартовао је против Мексика и Шведске, док је ушао са клупе на утакмици против Јужне Кореје, у којој је Њемачка поражена 2:0; оба гола примила је у судијској надокнади времена, након што је Јоахим Лев увео офанзивне играче. Код другог гола, голман Њемачке, Мануел Нојер, дриблао је играча код гола Јужне Кореје, изгубио је лопту и Сон Хеунг-мин је постигао гол, који је био празан; Њемачка је тако заузела последње мјесто у групи. То је био први пут у историји да је испала у групној фази на Свјетском првенству (с обзиром на то да се 1938, када је испала у првом колу, није играла групна фаза), а први пут од 1950, када јој је било забрањено учешће, да није играла барем у четвртфиналу (са изузетком 1978, када су се играле двије групне фазе па финале). Милер није успио да постигне гол, након два првенства заредом у којима је постизао по пет голова.