Sujetó a la disciplina monacal, pero encontrándola demasiado holgada, se retiró a la soledad durante cuarenta y cuatro años en los montes Distercio, soportando allí las inclemencias del tiempo y la dureza de condiciones del lugar.

Su fama de santidad se extendió de tal manera que todos los que estaban en dificultades espirituales acudían a él y fue llamado por el obispo de Tarazona, Dídimo, quien no consintió que tanta virtud se perdiese en la soledad del monte, le ordenó sacerdote y le puso al cargo de la parroquia de Santa Eulalia, en su pueblo natal Berceo.

El paso por la parroquia resultó un estruendoso fracaso ya que las tareas administrativas no parecían encajar con su carácter y entregaba todas las donaciones propiedad de la parroquia a los necesitados por lo que fue acusado de malversación del dinero parroquial por sus hermanos sacerdotes y reprendido por el obispo, quien lo destituyó del cargo.

Decide volver a su soledad y se retira al valle de Suso o de arriba, cercano a su pueblo, donde transcurre la última etapa de su vida. En torno al santo va formándose una comunidad de hermanos y hermanas que formarán un oratorio primitivo, sus nombres son: Aselo, Geroncio, Citonato, Sofronio, Oria y Potamia.

San Millán es visitado, consultado y venerado. Salió al parecer muy poco de su eremitorio. La última salida que hace es para anunciar la destrucción de algunas ciudades de Cantabria. La tradición le atribuye numerosos milagros tanto en vida como después de su muerte, acaecida el 12 de noviembre del 574, con ciento un años, fue enterrado en el suelo del oratorio. Los monjes eligieron otro abad y permanecieron como ermitaños alrededor del sepulcro de San Millán, formando después de la muerte de San Millán el gran Monasterio de San Millán de la Cogolla, en la actualidad declarado Patrimonio de la Humanidad por la UNESCO.

No dejó nada escrito, y fue hacia el 650 cuando el obispo de Zaragoza, San Braulio escribió Vita Sancti Emiliani, primera biografía de San Millán basándose en los relatos que había escuchado de su hermano Fronimiano, monje en la Cogolla y más tardíamente Gonzalo de Berceo escribió la Historia del Señor San Millán.