I januar 1912 ble Millerand krigsminister i ministeriet Raymond Poincaré. På denne posten fremmet han særlig det militære flyvesens oppsving og samarbeidet mer tillitsfullt enn tidligere med radikale ministre fra den høyere hærledelsen, likesom han også øket arméens popularitet i de store bredder av folket. Han gikk av fra krigsministerposten i Poincarés ministerium noen dager før presidentvalget i januar 1913 som følge av heftige angrep mot ham i den ytterste venstres pressen i anledning av en sak om en forfremmelse.