В Бородинском сражении он командовал правым крылом 1-й армии Барклая-де-Толли, успешно отбив все атаки французов. Затем возглавил арьергард и сумел на глазах у Мюрата (руководившего авангардом французских войск) организовать беспрепятственное продвижение русской армии через Москву. На переговорах с французским маршалом он четко заявил: «В противном случае я буду драться за каждый дом и улицу и оставлю вам Москву в развалинах».
При переходе русских войск на старую Калужскую дорогу арьергард Милорадовича своими энергичными ударами по противнику, неожиданными и хитроумными перемещениями обеспечил скрытное проведение этого стратегического маневра. В горячих боях и стычках он не раз заставлял отступать рвавшиеся вперед французские части.
Когда под Малоярославцем корпуса Дохтурова и Раевского перекрыли путь французской армии на Калугу, Милорадович от Тарутина совершил столь стремительный марш к ним на помощь, что Кутузов назвал его «крылатым» и поручил генералу непосредственное преследование противника.
В сражении под Вязьмой (28 октября) авангард Милорадовича при поддержке казачьего отряда Платова нанес поражение четырем французским корпусам и занял город. Милорадович атаковал французов без разрешения фельдмаршала.
Кутузову вместо диспозиции был прислан в конверте чистый лист бумаги. На плечах французов он овладел Дорогобужем, а затем отличился в сражении под Красным, заставив французские войска повернуть по проселкам к Днепру.
В Вильно Александр I лично вручил отважному генералу алмазные знаки к ордену Святого Георгия 2-й степени. По поручению царя Милорадович был направлен для занятия Варшавского герцогства, где он сумел почти бескровно вытеснить австрийцев и овладел Варшавой. Отечественная война 1812 г. сделала имя Милорадовича необыкновенно популярным и известным.
Боевую славу русского генерала Михаил Андреевич подтвердил в заграничных походах русской армии 1813–1814 гг. Сдерживая атаки противника, он молниеносно перестраивал войска и контратаковал. Его действия восхищали самого Александра 1, наблюдавшего за сражением при Баудене. Под командованием Барклая-де-Толли с успехом действовал в сражении под Кульмом В ходе Лейпцигской «битвы народов» ему было доверено командовать русской гвардией.
Успешные действия военачальника настолько впечатлили императора, что Милорадович был произведен в графское достоинство, избрав в качестве девиза слова «Прямота моя меня поддерживает», и впоследствии командовал не только русскими, но и прусскими гвардейскими и гренадерскими корпусами.