1939年11月,怀抱着能够最大程度帮助中国人民反抗日本法西斯的崇高理想,米勒申请到抗日前线工作。经毛泽东同意,做了周密安排后,米勒随印度援华医疗队从延安出发,前往位于山西武乡县王家峪的八路军总部。
1940年秋,百团大战爆发后,他申请到位于战斗最前线的129师工作。刘伯承和邓小平命令师卫生部长钱信忠组织战地医院,以便及时地抢救更多伤病员。米勒自告奋勇,担任流动手术队队长,到385旅的前沿阵地抢救受伤官兵。战斗激烈时,一天就有100多名伤病员被送到战地医院。因手术条件艰苦,身材高大的米勒常夜以继日地跪地手术,为伤员取子弹片、处理伤口。
米勒在太行山区前线度过了抗日战争最艰难的阶段,残酷而频繁的战斗、夜以继日的工作和根据地的物资匮乏,致使米勒的健康状况急转直下。在患上重症痢疾时他仍不休息,导致高烧不退,甚至数次昏迷。八路军总部决定送米勒回延安修养。
米勒回到延安,修养好身体后,重新回到延安国际和平医院,担任内科主任,直至抗日战争胜利。值得一提的是,米勒在延安就职期间,曾于1944年秋冬前往陕甘宁晋绥联防军驻地,帮助军队控制斑疹伤寒疫情。在他的带领下,采取了用沸水煮衣被的方法,有效阻止了疫情的扩散。