I 1946 ble han tiltalt for krigsforbrytelser og forbrytelser mot menneskeheten. Milchprosessen ble ført i Nürnberg av Det amerikanske militærtribunalet. Milch ble i 1947 dømt til livsvarig fengsel, som ble omgjort til 15 år i 1951. I 1954 ble han løslatt fra Landsberg fengsel under et amnesti.