Ritornato in Italia, il 18 messidoro 1801 fu comandante militare della Repubblica Ligure e governatore di Mantova (1801) e di Genova (1803). Durante la guerra della terza coalizione servì sotto Gioacchino Murat nella campagna militare che sfociò nella grande battaglia di Austerlitz (2 dicembre 1805) alla quale prese parte. L'anno successivo, scoppiata della guerra della quarta coalizione, Milhaud si distinse a Jena. Alla fine del 1806 fu promosso generale di divisione e nel 1807 si distinse a Eylau. La sua attività attirò l'attenzione di Napoleone e, poiché Milhaud aveva già ottenuto la Legion d'onore, il 10 marzo venne nominato conte dell'Impero. Dal 1808 al 1811 combatté nella guerra d'indipendenza spagnola.