Участвовал в Итальянском и Швейцарском походах; всегда шел в атаку впереди своего полка, и не раз его пример оказывался решающим для исхода боя. Так, 14 апреля 1799 г. при селении Лекко последовал кровавый бой, в котором Милорадович обнаружил необычайную находчивость, быстроту и храбрость – отличительные свойства его дарований, развившихся еще сильнее в школе русского полководца Суворова. Суворов полюбил Милорадовича и назначил его дежурным генералом, иначе говоря – сделал его приближенным к себе человеком, и не упускал случая предоставлять ему возможность отличаться на поле ратном.

В 1805 г. в составе сил антинаполеоновской коалиции возглавил один из отрядов, направленных на помощь австрийцам. За проявленные качества получил чин генерал-лейтенанта и другие награды. Принимал участие в сражении при Аустерлице. В Русско-турецкой войне 1806–1812 гг. – командир корпуса, который 13 декабря 1806 г. освободил от турок Бухарест, в 1807 г. нанес поражение туркам при Турбате и Обилешти. 29 сентября 1809 г. за победу при Рассевате произведен в генералы от инфантерии. В апреле 1810 г. назначен киевским военным губернатором. В сентябре 1810 г. уволен в отставку по прошению, но 20 ноября того же года вновь принят на службу и назначен шефом Апшеронского полка, а 12 декабря – киевским военным губернатором.

Пышные балы, которые он давал в Мариинском дворце и на которые публика нередко являлась в национальных костюмах, до сих пор остаются городской легендой.

9 июля 1811 г. на киевском Подоле начался разрушительный пожар, уничтоживший почти весь нижний город. Основная часть подольских строений была деревянной, поэтому количество жертв и масштаб разрушений, причиненных стихийным бедствием, оказались огромны. Военный губернатор лично руководил тушением пожара. Вечерами он возвращался домой в шляпе с обгоревшим плюмажем.

Через неделю после пожара киевское губернское правление донесло Милорадовичу об огромных размерах убытков: подольские мещане, ремесленники и купцы остались без крыши над головой и средств к существованию. 22 сентября 1811 г. Милорадович отослал императору доскональный план выплат компенсаций погорельцам. Однако предложения Милорадовича не имели успеха у министров, были признаны неудобными к приведению их в действо и «несоответствующими благотворительному намерению государя императора».

Неоднократные бесплодные попытки Милорадовича ускорить процесс решения в верхах судьбы киевских подолян закончились тем, что он обратился за помощью к частным лицам – киевскому дворянству, которое охотно оказало помощь, и таким образом кризис, возникший после стихийного бедствия, удалось преодолеть.

В июле 1812 г. Милорадович получил письмо от Александра I, в котором ему поручалась мобилизация полков Левобережной, Слободской Украины и юга России для расположения оных между Калугою, Волоколамском и Москвой.

С 14 (26) августа 1812 г. М. А. Милорадович в кампании против Наполеона Бонапарта формирует отряд войск для действующей армии между Калугой и Волоколамском и Москвой, а затем с этим отрядом отправляется на войну. В Бородинском сражении командовал правым крылом 1-й армии. Затем возглавил арьергард, сдерживал войска французов, чем обеспечил отход всей русской армии. Главным качеством, снискавшим уважение среди своих солдат и противника, была храбрость, граничившая с безрассудством. Его адъютант, поэт и писатель Федор Глинка, оставил словесный портрет Милорадовича во время боя: «…на прекрасной, прыгающей лошади, сидит свободно и весело. Лошадь оседлана богато: чепрак залит золотом, украшен орденскими звездами. Он сам одет щегольски, в блестящем генеральском мундире; на шее кресты (и сколько крестов!), на груди звезды, на шпаге горит крупный алмаз… Средний рост, ширина в плечах, грудь высокая, холмистая, черты лица, обличающие происхождение сербское: вот приметы генерала приятной наружности, тогда еще в средних летах. Довольно большой сербский нос не портил лица его, продолговато-круглого, веселого, открытого. Русые волосы легко оттеняло чело, слегка подчеркнутое морщинами. Очерк голубых глаз был продолговатый, что придавало им особенную приятность. Улыбка скрашивала губы узкие, даже поджатые. У иных это означает скупость, в нем могло означать какую-то внутреннюю силу, потому что щедрость его доходила до расточительности. Высокий султан волновался на высокой шляпе. Он, казалось, оделся на званый пир! Бодрый, говорливый (таков он всегда бывал в сражении), он разъезжал на поле смерти, как в своем домашнем парке; заставлял лошадь делать лансады, спокойно набивал себе трубку, еще спокойнее раскуривал ее и дружески разговаривал с солдатами… Пули сшибали султан с его шляпы, ранили и били под ним лошадей; он не смущался; переменял лошадь, закуривал трубку, поправлял свои кресты и обвивал около шеи амарантовую шаль, которой концы живописно развевались по воздуху. Французы называли его русским Баярдом; у нас, за удальство, немного щеголеватое, сравнивали с французским…».

Именно М. А. Милорадович договорился с Мюратом о временном перемирии при оставлении русскими войсками Москвы. В сражении при Малоярославце не дал французам опрокинуть русские войска. При преследовании наполеоновской армии арьергард генерала Милорадовича превратился в авангард русской армии.

22 октября (3 ноября) 1812 г. состоялось сражение под Вязьмой авангарда русской армии под командованием генерала М. А. Милорадовича и донского атамана М. И. Платова (25 тыс. чел.) с 4 французскими корпусами (всего 37 тыс. чел.), окончившееся блестящей победой русских войск, в результате которого французы потеряли 8,5 тыс. чел. убитыми, ранеными и пленными. Урон русских составил около 2 тыс. чел.

Наибольшую известность и славу Милорадович приобрел как один из самых опытных и умелых авангардных начальников русской армии, который успешно преследовал французов до границ Российской империи, а затем и в заграничном походе, участвовал во взятии Парижа. В битве под Лейпцигом он командовал Русской и Прусской гвардиями. За успешные действия своего корпуса в начале 1813 г. М. А. Милорадович первым получил в награду право носить на эполетах вензель императора Александра I, а за умелое руководство войсками в Заграничном походе именным Высочайшим указом от 1 (13) мая 1813 г. генерал от инфантерии Михаил Андреевич Милорадович возведен, с нисходящим его потомством, в графское Российской империи достоинство. В качестве девиза он избрал слова: «Прямота моя меня поддерживает». 16 (28) мая 1814 г. назначен командующим пешим резервом действующей армии, 16 ноября – командующим Гвардейским корпусом.

19 августа 1818 г. назначен Санкт-Петербургским военным генерал-губернатором, управляющим и гражданской частью, и членом Государственного совета. Круг обязанностей военного генерал-губернатора был очень широк, к тому же ему подчинялась и полиция города. Милорадович занялся улучшением состояния городских тюрем и положения заключенных, организовал антиалкогольную кампанию, уменьшив количество кабаков в городе и запретив устраивать в них азартные игры. Вынашивал проект отмены крепостного права, спас Пушкина от ссылки, покровительствовал театрам, был в тесной дружбе со многими декабристами. Отчаянно храбрый, он время от времени находил выход своей неукротимой энергии, появляясь на улицах столицы то во главе отряда во время тушения пожара, то спасая тонущих во время наводнения.