W październiku 1939 roku Mills został powołany do Drugiej Australijskiej Siły Cesarskiej i służył w 6. Dywizyjnym Pułku Kawalerii Wywiadowczej. W bitwie pod Bardią
W styczniu 1941 roku dowodził trzema oddziałami nośników broni Bren i został odznaczony Krzyżem Wojskowym za odwagę na polu walki. Podczas inwazji na Syrię w czerwcu tego roku otrzymał Krzyż Wojskowy. Mills był pierwszym z zaledwie piętnastu australijskich żołnierzy, którzy otrzymali to wyróżnienie podczas II wojny światowej. W czerwcu 1941 został awansowany na kapitana, a w lutym 1942 na majora, a w marcu 1943 awansował na tymczasowego podpułkownika i został dowódcą 2/5 Pułku Pancernego. W maju 1944 roku Mills objął dowództwo nad 2/4th Armoured Regiment i służył w Madang w Nowej Gwinei. W lutym 1946 r. zrezygnował z dowodzenia pułkiem i 27 marca został przeniesiony do Rezerwy Oficerskiej.