Rok później rozpoczął prace w Jerozolimie nad odczytywaniem tekstów z papirusów odnalezionych w Qumran, tworząc system oznaczania fragmentów.
W 1955 był współautorem pierwszej większej publikacji dotyczącej tekstów z Groty Pierwszej – Discoveries in the Judaean Desert. W następnym roku polski badacz został ogłoszony „najszybszym człowiekiem od fragmentów” przez amerykański tygodnik „Time”. W 1959 ukazała się jego następna książka Ten Years of Discovery in the Wilderness of Judaea (sprawdzone i poprawione wydanie tłumaczenia Dix ans de découvertes dans le Désert de Juda z 1957). Od 1961 należał do Polskiego Towarzystwa Naukowego na Obczyźnie.
W 1969 roku Milik porzucił kapłaństwo i ożenił się. Po przeprowadzce do Paryża w 1976 opublikował The Books of Enoch. Pod koniec życia pracował we francuskim Centre national de la recherche scientifique. Przeszedł na emeryturę w 1987.