Miller est exclusivement releveur à partir de la saison 2012. Cette année-là, il fait 53 apparitions au monticule pour Boston et maintient une moyenne de points mérités de 3,35 en 40 manches et un tiers lancées.
En 2013, il abaisse sa moyenne à 2,64 mais ne lance que 30 manches et deux tiers en 37 sorties. Opéré aux ligaments du pied gauche en , sa saison prend fin et il regarde de l'abri des joueurs ses coéquipiers des Red Sox remporter la Série mondiale 2013[4].
Il réussit son retour au jeu en 2014 alors qu'il maintient une moyenne de points mérités de 2,34 en 42 manches et un tiers lancées pour Boston. Le , après 50 matchs joué pour les Red Sox, Andrew Miller est échangé aux Orioles de Baltimore contre le lanceur gaucher Eduardo Rodríguez, qui évolue en ligues mineures[5].
Orioles de Baltimore
Au sein d'un des meilleurs groupes de releveurs des majeures[4], Miller excelle en fin de saison 2014 chez les Orioles de Baltimore. Sa moyenne de points mérités se chiffre à 1,35 en 20 manches, ce qui lui permet de terminer l'année avec sa meilleure moyenne en carrière : seulement 2,02 points mérités accordés par partie, en 62 manches et un tiers lancées lors de 73 sorties au total. Après s'être contenté d'être spectateur l'année précédente pour Boston, Miller fait enfin ses débuts en séries éliminatoires : après avoir accordé un but-sur-balles à Miguel Cabrera, le premier frappeur des Tigers de Détroit qu'il affronte, il retire les 10 adversaires suivant au cours des deux matchs où il apparaît en Série de divisions de la Ligue américaine[4].
Yankees de New York
Après la saison 2014, Miller est tenté par une offre de 40 millions de dollars pour 4 ans présentée par les Astros de Houston[6] mais décide de plutôt accepter les 36 millions pour 4 saisons proposés par les Yankees de New York, qu'il rejoint le [7].