עם פרוץ מלחמת העולם השנייה היה מילר מפקד הגדוד ה-3 ברגימנט הרגלים ה-105, שהיה חלק מהדיוויזיה ה-34 בעתודת הארמייה הראשונה, ובמהלך המערכה על צרפת לחם עם גדודו כחלק מהדיוויזיה ה-34 במסגרת הקורפוס ה-23, ובשלב השני במסגרת הקורפוס ה-26. ב-1 באוקטובר 1940 מונה מילר למפקד רגימנט הרגלים ה-105, ובינואר 1941 נשלח עם הרגימנט שבפיקודו לרומניה. במהלך המערכה בבלקן לחם מילר עם הרגימנט שבפיקודו כחלק מהדיוויזיה ה-72 במסגרת הקורפוס ההררי ה-18, ובמהלך מבצע ברברוסה לחם מילר עם הרגימנט שבפיקודו כחלק מהדיוויזיה ה-72 במסגרת הקורפוס ה-54, וב-22 בספטמבר 1941 קיבל על פעולותיו את עיטור צלב האבירים של צלב הברזל. ב-1 במאי 1939 הועלה לדרגת אוברסט, וב-8 באפריל 1942 קיבל על פעולותיו בקרב קרץ' תוספת עלי אלון לעיטור צלב האבירים של צלב הברזל. ב-1 באוגוסט 1942 הועלה מילר לדרגת גנרל מיור, ומונה למפקד הדיוויזיה המוטסת ה-22 שהייתה חלק מהארמייה ה-12 ביוון. בנובמבר 1942 הועברה הדיוויזיה לכרתים, ושהתה שם עד ספטמבר 1944. ב-1 באפריל 1943 הועלה מילר לדרגת גנרל לוטננט, וב-18 ביוני 1943 קיבל על פעולותיו את הצלב הגרמני בזהב. במהלך ספטמבר - נובמבר 1943 פיקד מילר על המערכה לכיבוש איי הדודקאנס, והדף את כוחות בעלות הברית. ב-15 בפברואר 1944 פרש מילר מתפקידו והועבר לעתודת המילואים, ובכך חמק מחטיפה על ידי המחתרת. ב-4 במאי 1944 מונה מילר למפקד הקורפוס ה-5, שהיה בעתודת קבוצת ארמיות דרום אוקראינה, וב-2 ביוני 1944 מונה למשך שבוע למפקד הקורפוס ה-59, שהיה חלק מארמיית הפאנצר הראשונה במסגרת קבוצת ארמיות צפון אוקראינה. ב-1 ביולי 1944 הועלה מילר לדרגת גנרל חיל הרגלים, ומונה למפקד מבצר כרתים. כאמצעי תגמול על חטיפתו של היינריך קרייפה הרס מילר את העיר אנוגיה, והרג את הגברים תושבי העיר, ובספטמבר 1944 פרש מתפקידו והועבר לעתודת המילואים. ב-13 בנובמבר 1944 מונה מילר למפקד הקורפוס ה-34, שהיה חלק מקבוצת ארמיות E, וב-1 בדצמבר 1944 מונה מילר למפקד הקורפוס ה-68, שהיה חלק מארמיית הפאנצר השנייה במסגרת קבוצת ארמיות F, והוביל אותה במהלך הנסיגה מהבלקן, וב-27 בינואר 1945 קיבל על פעולותיו תוספת חרבות לעיטור צלב האבירים של צלב הברזל.