В конце 30-х, в годы сталинских репрессий, отдел особых конструкций (ООК) был закрыт. Часть сотрудников во главе с И. П. Братухиным перешла в конструкторское бюро Московского авиационного института, часть объединилась вокруг главного конструктора Н. И. Камова, возглавившего автожирный завод под Москвой. М. Л. Миль стал его заместителем.
В августе 1941 года было решено использовать автожиры А-7 для корректировки огня артиллерии. М. Л. Миль возглавил группу технического обслуживания автожиров и выехал на фронт. Однако эффективному применению автожиров в военных целях помешало быстрое перемещение войск и недостаточная координированность действий между разными их родами.
В 1942 году М. Л. Миль делает шаг к созданию вертолета собственной конструкции. Он получает авторское свидетельство на проект автожира-геликоптера AM с прыжковым взлетом: вместо сложной трансмиссии для раскрутки несущего винта им был предложен реактивный привод от расположенных на концах лопастей жидкостных реактивных двигателей.
В 1943 году Михаил Леонтьевич Миль перешел на работу в ЦАГИ. Здесь он начал заниматься устойчивостью и управляемостью самолетов. Им были разработаны общие требования к управляемости самолетов и критерии эффективности управления. По его инициативе на самолетах И л-2, Ил-4 и ряде других были установлены специальные устройства, существенно улучшившие пилотажные свойства этих машин.
Вскоре М. Л. Миль защищает кандидатскую диссертацию на тему «Критерии управляемости самолета», а в 194Б становится доктором наук. Работа, которую он представит ученому совету ЦАГИ, называлась «Динамика ротора с шарнирным креплением, лопастей и ее приложение к задачам, устойчивости и управляемости автожира и геликоптера».
Не прекращая работы над проблемами устойчивости и управляемости самолетов, М. Л. Миль пытается возродить в ЦАГИ винтокрылую тематику. Его усилия не пропадают даром: 12 декабря 1944 года в ЦАГИ организуется геликоптерная группа, которую он сам и возглавил. 26 марта 1947 года М. Л. Миль становится начальником вновь созданной 5 лаборатории, в которой были вертолетный отдел и отдел по исследованиям штопора. Теперь это пятое отделение ЦАГИ.
Понимая, что силами одного отдела института невозможно создать проект вертолета, и стремясь заложить основы будущего конструкторского бюро, М. Л. Миль разрабатывает и предлагает руководству эскизный проект натурной геликоптерной установки НГУ, предназначавшейся для исследований натурных несущих винтов в трубе Т-101 ЦАГИ. Предложение было одобрено, и 17 февраля 1947 года приказом по институту М. Л. Миль был утвержден ее ответственным конструктором.