V říjnu 1939 byl Mills jmenován do Druhých australských císařských sil a sloužil v 6. divizi průzkumného kavaleristického pluku. V bitvě u Bardie
V lednu 1941 velil třem jednotkám nosičů Brenových děl a za statečnost na bojišti mu byl udělen Vojenský kříž. Během invaze do Sýrie v červnu téhož roku mu byl udělen vojenský kříž. Mills byl prvním z pouhých patnácti australských vojáků, kteří tuto vyznamenání získali ve druhé světové válce. V červnu 1941 byl povýšen na kapitána a v únoru 1942 na majora a v březnu 1943 byl povýšen na dočasného podplukovníka a stal se velitelem 2. 5. obrněného pluku. V květnu 1944 převzal Mills velení 2.4. obrněného pluku a sloužil v Madangu na Nové Guineji. V únoru 1946 se vzdal velení pluku a 27. března byl přeložen do důstojnické rezervy.