Da den ene av Georgias to senatorer, Paul Coverdell, døde i 2000, ble Miller oppnevnt som ny senator og senere valgt til vervet. Miller mente at Det demokratiske parti hadde gått for langt til venstre og støttet mye av president George W. Bush’ politikk. Miller søkte ikke gjenvalg til Senatet og holdt hovedtalen til støtte for Bush under republikanernes landsmøte foran presidentvalget i 2004.