В ООК Михаил Леонтьевич работал с энтузиазмом.
Он не только занимался разработкой теории автожира, но и предложил ряд конструктивных усовершенствований, таких как изменение шасси, втулки ротора, новые конструкции лопастей.
Он исследовал причины первых аварий автожиров 1931–1934 годов. Проявилась удивительная особенность — разбирать и анализировать все летные происшествия, которые он наблюдал, и находить причину аварии. Но М. Л. никогда не останавливался на этом — всегда предлагал новые конструктивные решения и добивался, чтобы они были выполнены.
Однажды при полете автожира ЦАГИ ЭА-2 машина при посадке развернулась и завалилась на капот. Этот полет наблюдали высокие начальники, в том числе начальник ВВС Я. И. Алкснис. Было решено, что в происшествии виноваты летчик Корзинщиков и дежурный по старту, неправильно указавший направление ветра, за что он получил от Алксниса взыскание.
Такие явления были частыми и ограничивали эксплуатацию автожира. М.Л. первым понял, что это не просто ошибка в пилотировании, а общее явление: автожир ведет себя таким же образом, как и автомобиль на скользкой ледовой дороге. Рассмотрев моменты и силы, действующие на автожир при посадке, он показал действительную причину таких разворотов и внес предложения по усовершенствованию конструкции шасси автожиров и по технике пилотирования.
Это была его первая опубликованная работа (Техническая газета ЦАГИ, 1934, № 4), которая сразу прибавила ему авторитета и привлекла внимание также конструкторов самолетов.
Его рекомендации были учтены в усовершенствованном варианте автожира А-4 ЦАГИ ЭА-2.
Вместе с Милем в бригаде работали очень способные инженеры и научные работники. В разработке теории автожиров участвовали Михайлов, Рахматулин. Кроме того, в бригаде занимались конструкцией автожиров инженеры Н. К. Скржинский, Миль, Никонов, Андреев, Блохина.
Вот что писал М. Л. Миль о работе 1-й бригады аэродинамических расчетов в Технической газете ЦАГИ (1934 г., № 4): «Задачей бригады является аэродинамический расчет и выбор основных параметров для всех проектируемых в отделе автожиров, а также наблюдение за летными испытаниями и их обработка. Рассчитывается балансировка и устойчивость автожиров, разработан метод расчета автожира без крыльев, а также расчеты по балансировке с помощью управления без рулей, наклонением головки ротора». Этот расчет был применен при постройке автожира А-8. В бригаде испытывали автожиры А-6, А-8 и проектировался автожир без крыльев А-12 конструкции Скржинского и Миля.
При конструировании новых аппаратов сразу возникали трудности. С увеличением диаметра несущего винта на автожире А-6 появились неприятности — биения и тряска ротора, и полет едва не закончился аварией. Это было совершенно новое непонятное явление, но Михаил Миль по своей инициативе с бригадой исследовал влияние профиля лопасти на устойчивость и управляемость аппарата. Сделанные в этой работе рекомендации о необходимости несимметричного профиля лопасти привели к значительному изменению ее конструкции. В течение нескольких дней по выводам этой работы были спроектированы 4–5 вариантов новых лопастей и тут же сданы на завод. Их очень быстро изготовили благодаря дружбе с работниками завода. Лопасти были испытаны в полете, и был выбран наилучший вариант для автожиров АК-4 и А-4. Так М. Л. стал конструировать лопасти ко всем строящимся автожирам.
Позднее, в 1937 году, он опубликовал эти исследования в работе «О динамическом закручивании лопасти в полете».
В дальнейшем Миль участвует в разработке бескрылого автожира А-12 (Скржинский, Миль), занимается аэродинамикой ротора с новыми параметрами, в конце 1935 года (ему 26 лет), уже как конструктор, в соавторстве с Камовым начинает проектирование нового мощного автожира А-15.
Михаил Леонтьевич упорно занимался исследованием аэродинамики несущего винта автожира при криволинейном движении. Эти исследования в дальнейшем оказались применимы и при построении вертолетов, или, как их тогда называли, геликоптеров. Еще студентом он разыскивал все работы по теории и практике автожиростроения, особенно создателей теории аэродинамики автожиров английских ученых Глауэрта и Локка. Статьи по теории автожира были опубликованы ими в 1926–1928 годах. Михаил Леонтьевич как бы соревновался с ними.