Д.А. Милютин внес большой вклад в укрепление военно-сухопутных сил и боевой мощи Российского государства. Проведенная под его руководством в 1860–1870-х гг. военная реформа, вошедшая в историю под названием милютинской, явилась крупнейшим после реформ Петра I преобразованием всей военной системы страны.
15 января 1862 г. Д.А. Милютин представил Александру II свой знаменитый «Всеподданнейший доклад», который императором был одобрен и послужил основой для всех будущих преобразований по военному ведомству, явившись общей программой военной реформы 1860–1870 гг.
Одной из первоочередных задач было переустройство системы военного управления в целях устранения её основного недостатка — чрезмерной централизации. Важнейшими мероприятиями в этой области явились: создание местных органов в виде военно-окружных управлений (в 1864 г. территория России была разделена на 10 военных округов, а в 1867 г. их число возросло до 15); реорганизация центральных военно-управленческих органов, и прежде всего Военного министерства; упрощение делопроизводства.
1 января 1869 г. было издано высочайше утвержденное Положение о Военном министерстве. В соответствии с ним Военное министерство стало состоять не из департаментов, а из семи главных управлений и ряда других военно-управленческих структур.
Права военного министра были значительно расширены, сокращены штат офицеров и чиновников, а также бюрократическая переписка.
Изменения были внесены и в строевое, а также в полевое управление. В мирное время упразднено деление сухопутных войск на армии и корпуса, высшей организационно-тактической единицей в пехоте и кавалерии стала дивизия, в артиллерии и инженерных войсках – бригада.
В 1868 г. было издано новое Положение о полевом управлении войск в военное время. Новое Положение уточняло функции главкома, упрощало структуру полевого управления армии, расширяло его функции.
В 1867 г. была проведена реформа в военно-правовой сфере. Уставы провозглашали охрану чести и достоинства солдата. Отменялись телесные наказания.
С середины 1860-х гг. осуществлялось реформирование военно-учебных заведений России. В ходе преобразований кадетские корпуса преобразовывались в военные гимназии, расширялась сеть военных училищ с двух- или трехгодичным сроком обучения. Для подготовки офицеров из лиц, не имевших среднего образования, с 1864 г. стали создаваться юнкерские училища.
В ходе реформ было осуществлено перевооружение войск: с 1867 г.
В июне 1867 г. введено Положение об управлении Морским ведомством, создан корабельностроительный технический комитет.
Существенной реорганизации в 1870–1871 гг. подверглись санитарно-госпитальные части. Преобразовались и хозяйственные службы, находившиеся в частях, другие органы снабжения. Улучшались питание и обмундирование солдат, в целом их быт и условия службы.
И наконец, актом, завершающим в основном, как считается, милютинские реформы, является принятие 1 января 1870 г. Устава о всесословной воинской повинности, отменившего рекрутские наборы. В нем говорилось, что все мужское население, достигшее 21 года, без различия сословий, подлежит воинской повинности. Часть призывников зачислялись на действительную службу с переводом затем в запас армии и в ополчение, другая – сразу в ополчение. Это решалось жеребьевкой. Лица, по жребию не попавшие в постоянные войска, зачислялись в ополчение (до 40-летнего возраста) и призывались лишь в военное время.
Для сухопутных войск устанавливался 6-летний срок пребывания на действительной службе и до 9 лет в запасе, на флоте – 7 лет и 3 года в запасе.
Таким образом, военная реформа 1860–1870 гг. в той или иной мере затронула все стороны военной системы России, обновив во многом весь армейский организм. В результате её проведения русская армия превратилась в отвечавшую требованиям своего времени армию буржуазного типа, по боеспособности, мало в чем уступавшую армиям других европейских держав.