Тяжесть обстановки сочеталась с тяжестью службы под началом П. А. Плеве, обладавшего выдающимся стратегическим талантом, силой воли и упорством, но в общении умевшего быть невыносимым. Служивший летом 1915 года ординарцем генерала Миллера штаб-ротмистр А. А. Карамзин рассказывал: «Павел Адамович смотрел на всех, в том числе и на Евгения Карловича, как на мальчишек и требовал невероятной четкости исполнения приказов, словно командир эскадрона у нижних чинов. Начальник штаба нес на себе не только все нелегкие обязанности, присущие должности, но и помогал командующему, как мог, был своеобразной “записной книжкой”, дневным и ночным чтецом донесений, и даже… нянькой, а потому уставал ужасно». Другое свидетельство мы находим в воспоминаниях последнего Протопресвитера Русской Армии и Флота отца Георгия Шавельского, который застал как-то Миллера в совершенно удрученном состоянии, с жалобами на своего командующего по поводу его мелочного и придирчивого характера. «Сил у меня больше не хватает служить с ним… У меня весь дневной отдых сводится к получасу от 8.30 до 9 ч[асов] утра. Этими 30-ю минутами я пользуюсь для верховой прогулки, после чего в девять часов иду с докладом к командующему. Сегодня я запоздал ровно на 5 минут. И командующий разразился градом упреков по поводу моей “неаккуратности”… Силы совсем оставляют меня. Я готов куда угодно пойти, хотя бы и в командиры бригады, лишь бы избавиться от этой каторги», – говорил Миллер Шавельскому. Последний этот разговор с Миллером передал его старому сослуживцу Лейб-Гвардии по Гусарскому полку – самому… Императору Николаю II, который якобы пообещал Миллера выручить.
В августе 1915 года продолжалось непрерывное отступление русских войск на стратегически важном, центральном участке Западного фронта: были оставлены без боя Варшава, Иван-Город, Ковно, Новогеоргиевск (Модлин), Оссовец, Брест-Литовск, Гродно… 23 августа произошла смена верховного командования: Николай II Сам стал Верховным Главнокомандующим, а начальником Своего Штаба назначил бывшего Главнокомандующего армиями Северо-Западного фронта генерала М. В. Алексеева. Генерал Плеве был назначен осуществлять общее руководство группировкой в составе V-й, X-й и XII-й армий. Командование V-й армией было передано генералу В. И. Гурко, у которого Евгений Карлович оставался начальником Штаба до августа 1916 года. А вскоре, истощив свои силы, обе воюющие стороны стали зарываться в землю. Ноябрь – декабрь 1915 года прошли в неподвижной окопной войне на фронте, установившемся по линии Карпаты – Пинск – Двинск – Рига.
Начальник Миллера генерал Плеве с декабря 1915 года по февраль 1916 года командовал армиями Северного фронта, заменяя болевшего генерала Н. В. Рузского. Князь С. Е. Трубецкой вспоминал впоследствии, что престарелый Плеве в это время уже «ничего толком не понимал в самом простом деле и говорил вещи, которые я предпочитаю назвать наивностями, чтобы не употребить более резкого слова». Много лет спустя Миллер в разговоре с Трубецким признался, что уже и при командовании Плеве V-й армией «с ним случались такие моменты впадания в детство»… Тем выразительнее характеризует Миллера тот факт, что он никогда во время войны не говорил об этом и поддерживал пиетет по отношению к Плеве. По состоянию здоровья в феврале 1916 года генерал Плеве был, наконец, освобожден от командования, а в марте он скончался.
Генерал Миллер продолжал состоять начальником Штаба V-й армии при генерале Гурко, а с августа – при сменившем его генерале А. М. Драгомирове. 28 декабря 1916 года Евгений Карлович был назначен на Румынский фронт, в IX-ю армию генерала П. А. Лечицкого, на должность командира XXVI-го армейского корпуса. В январе частями корпуса под командованием Миллера было проведено наступление, увенчавшееся полным успехом – занятием укрепленной позиции в Карпатах, взятием большого числа пленных, пушек и пулеметов. Это была последняя успешная боевая операция на фронтах Великой войны, в которой он участвовал.
В конце февраля 1917 года на Румынском фронте неожиданно поползли зловещие слухи о беспорядках в Петрограде, затем пришло сообщение об отречении Императора Николая II от Престола. Армия была ошеломлена внезапно свалившейся на нее революцией. Присяга новому Временному Правительству произвела тягостное впечатление в IX-й армии, а командовавший ею генерал Лечицкий в конце марта подал в отставку.
В Действующую Армию к тому времени был передан преступный «приказ № 1», убивавший дисциплину и способствовавший потере контроля над Армией со стороны офицеров. Реформы по инициативе военного министра А. И. Гучкова начались с увольнения огромного числа генералов. Затем пошли братания, особенно в пехотных частях. В полках появились провокаторы, начались гонения на офицерство и генералитет. Всюду было неспокойно.