Всю осень 1937 года следователем Н. П. Власовым велись допросы Миллера. 27 декабря в одиночную камеру № 110 явился лично Нарком внутренних дел Н. И. Ежов. На следующий день Миллер направляет ему заявление и прилагает 18-страничную записку о повстанческом движении в СССР, которую следователь еще 10 октября посчитал недостаточной и которую Миллер с тех пор дополнил некоторыми сведениями. Из содержания записки Миллера «Повстанческая работа в Советской России» можно было сделать вывод, что ни РОВС, ни сам генерал Миллер не имели ровно никакого отношения к организации и руководству антисоветскими выступлениями внутри страны. Для советских спецслужб такие данные не представляли никакой ценности, поэтому следователь Власов и вернул их Миллеру сразу.
Миллер никого не предал из своих соратников, и ничего конкретного о работе РОВС чекисты из уст Миллера не узнали. Они, видимо, добивались от него согласия выступить с призывом к эмиграции отказаться от борьбы с большевиками и с этой целью внушали ему легенду о том, что похищенный ими генерал Кутепов жив. В ответ на это Миллер 10 октября 1937 года в письме Ежову выдвинул контрпредложения: Кутепову и ему как лицам, «мнения которых для чинов РОВСа и для других офицерских и общественных организаций несомненно авторитетны», дать возможность объехать хотя бы часть страны и убедиться, что население СССР не враждебно к Советской власти, что оно довольно установившимся порядком и что материальное и моральное положение народа в СССР действительно улучшается. «Нужны по крайней мере 2 голоса – Кутепова и мой, чтобы эмиграция… по крайней мере прислушалась и задумалась бы о дальнейшем», – писал генерал. Но что могли ответить на это Миллеру убийцы Кутепова и сотен тысяч других русских людей?! Без ответа остались и постоянные просьбы Евгения Карловича об отправке жене весточки из неволи.
Миллер еще надеялся хоть на какое-то человеческое отношение со стороны своих врагов, не понимая до конца, к кому же в руки он попал. В письме от 30 марта 1938 года он просит Ежова разрешить ему побывать в церкви, чтобы «отговеть на ближайшей неделе» и «в течение одной недели во время Великого поста», ссылаясь на… декларации советского правительства и даже на Ленина, провозглашавших свободу вероисповедания. Не дождавшись ответа на это письмо, 16 апреля 1938 года Миллер вновь пишет Ежову: «…решаюсь дополнительно просить Вашего разрешения на передачу Его Высокопреосвященству Митрополиту Московскому приложенного при сем письма». Но послание Миллера Владыке Сергию (Страгородскому) с просьбой о передаче в тюрьму Евангелия на русском языке и «Истории Церкви» и со словами «болезненно ощущаю невозможность посещения церкви» также не было передано адресату. Никакого духовного утешения в последние месяцы своей жизни Евгений Карлович не получил.
Последний по времени документ, написанный Миллером, датирован 27 июля 1938 года. Письмо Ежову полно тревоги о своей жене: «Меня берет ужас от неизвестности, как отразится на ней мое исчезновение. 41 год мы прожили вместе!» Миллер взывал к чувству милосердия Народного Комиссара, напоминая, сколько раз уже пытался получить разрешение послать письмо Наталии Николаевне, просил «прекратить те нравственные мучения, кои с каждым днем становятся невыносимее». «Неужели Советская власть… захочет сделать из меня средневекового Шильонского узника или второе издание “Железной маски” времен Людовика ХIV?» – спрашивал Миллер Ежова.
Но судьбу генерала решил уже другой Нарком внутренних дел – Л. П. Берия, причем в экстренном порядке и в течение нескольких часов. 11 мая 1939 года в 23 часа 05 минут по приговору Военной Коллегии Верховного Суда СССР Евгений Карлович Миллер был расстрелян, а в 23 часа 30 минут тело его сожжено. «Дело», заведенное на него в НКВД, тогда же было уничтожено, как будто бы и не было вовсе в Москве генерала Миллера. Но несколько документов уцелели: письма Миллера и последние скорбные бумаги, относящиеся к нему, оказались присоединенными к совершенно другому делу. Это и сохранило их для истории.
С момента похищения и до своей смерти Евгений Карлович проявил необычайную выдержку, силу воли и несокрушимую крепость духа. Вера в Бога и преданность Церкви выражена словами генерала: «Я не покончу самоубийством прежде всего потому, что мне это запрещает моя религия». Поставив себя уже за черту жизни, генерал Миллер продолжал числить себя на прежнем посту, убежденный, что даже в безнадежности своего положения он может служить светлым извечным идеалам: «Я докажу всему миру и моим солдатам, что есть честь и доблесть в русской груди. Смерть будет моей последней службой Родине и Царю. Подло я не умру». Он отдал свою жизнь «За Веру, Царя и Отечество».
Генерал-от-инфантерии Н. Н. Юденич