במהלך מלחמת קוסובו הואשם מילושביץ' בפשעי מלחמה ובפשעים נגד האנושות שבוצעו בהוראתו בקוסובו. ב-1 באפריל 2001 הוא נעצר ביוגוסלביה בחשד לשחיתות, וב-28 ביוני הוסגר לבית הדין הפלילי הבינלאומי ליוגוסלביה לשעבר בהאג. לאחר הסגרתו לבית הדין הפלילי הבינלאומי בהאג, נוספו לכתב האישום אישומים במעורבותו ברצח עם שבוצע בבוסניה ובפשעי מלחמה שבוצעו בקרואטיה. משפטו נפתח ב-12 בפברואר 2002, ומילושביץ' בחר לנהל בעצמו את ההגנה, בטענה שהוא אינו מכיר בסמכותו של בית הדין. באוקטובר 2004, בעקבות הידרדרות במצבו הבריאותי, מינה לו בית הדין סנגור. ב-11 במרץ 2006, טרם סיום משפטו, נמצא מילושביץ' ללא רוח חיים בתאו בגיל 64.