Swój pierwszy triumf po aferze dopingowej świętował podczas czasówki na Vuelta a España 2006.

Najlepszym sezonem był dla niego rok 2003: na jubileuszowym Tour de France 2003 z powodu problemów technicznych zaprzepaścił zwycięstwo na prologu rozgrywanym pod paryską Wieżą Eiffla, jednak jesienią zdobył złoto na mistrzostwach świata w Hamilton. Na rozgrywanych dwa lata wcześniej mistrzostwach świata w Lizbonie był drugi za Janem Ullrichem.

Latem 2004 roku przyznał się jednak do stosowania EPODavid Millar Interview: Millar’s Tale , przez co stracił tytuł mistrzowski na rzecz Australijczyka Michaela Rogersa. Millar należy więc, obok Richarda Virenque'a, Alexa Zülle i kilku innych, do grona słynnych kolarzy przyłapanych na dopingu. W konsekwencji został zdyskwalifikowany na dwa lata.

Do kolarstwa powrócił w 2006 roku. Na początku marca 2007 wygrał prolog Paryż-Nicea.

Podczas mistrzostw świata w Geelong w 2010 roku zdobył kolejne srebro w jeździe indywidualnej na czas. Przegrał tylko z Fabianem Cancellarą ze Szwajcarii.