В 1941 году защитил кандидатскую диссертацию на тему «Опыт характеристики ландшафтных районов северной лесостепи» и стал работать в Чкаловском педагогическом институте (ныне Оренбургский государственный педагогический университет). Здесь Мильков написал свою первую монографию об Оренбургских степях. В 1946—1950 заведовал кафедрой географии пединститута. В 1949—1950 годах был одновременно деканом географического факультета.
В 1945—1948 годах обучался в докторантуре Института географии Академии наук СССР под научным руководством академика А.А. Григорьева. В 1949 году защитил докторскую диссертацию на тему «Лесостепь Русской равнины: опыт ландшафтной характеристики»[3], став самым молодым в СССР доктором географических наук и профессором[4].
Широкую известность Фёдор Николаевич Мильков приобрёл своими работами по теории, методологии и практике ландшафтоведения, методам изучения ландшафтов. Мильков стал одним из основателей антропогенного ландшафтоведения, разработал учение о ландшафтной оболочке Земли, внёс большой вклад в ландшафтное и физико-географическое районирование и картографирование, предложил систему парагенетических ландшафтных комплексов, организовал широкомасштабные исследования ландшафтов Центрального Черноземья и т. д.
Также известен как популяризатор науки и педагог. Под руководством Милькова защищены 21 кандидатская и 6 докторских диссертаций.
Автор более 600 научных работ, в том числе около 60 монографий, словарей, университетских учебников, учебных пособий, научно-популярных книг. Был инициатором переиздания выдающихся географических произведений своих предшественников, исследовавших Оренбургский край в прошлом: П. И. Рычкова, Э. А. Эверсманна, С. С. Неуструева.
Награды и премии
Премия и золотая медаль имени П. П. Семёнова-Тянь-Шанского Географического общества СССР за монографии «Природные зоны СССР» и «Ландшафтная география и вопросы практики» (1970).
Мильков Ф. Н. Ландшафтная география и вопросы практики. — М.: Мысль, 1966. — 256 с.
Мильков Ф. Н. Основные проблемы физической географии. — Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1967. — 172 с.
Мильков Ф. Н. Ландшафтная сфера Земли. — М.: Мысль, 1970. — 208 с.
Мильков Ф. Н. Словарь-справочник по физической географии. — 2-е изд., доп. — М.: Мысль, 1970. — 344 с.
Мильков Ф. Н., Дроздов К. А., Федотов В. И.Галичья гора: Опыт ландшафтно-типологической характеристики. — Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1970. — 93 с.
Мильков Ф. Н. Человек и ландшафты: очерки антропогенного ландшафтоведения. — М.: Мысль, 1973. — 224 с.
Мильков Ф. Н. Природные зоны СССР. — М.: Мысль, 1977. (изд. 2-е, доп. и перераб.; 1-е изд. — 1964).
Мильков Ф. Н. Рукотворные ландшафты. — М.: Мысль, 1978 — 86 с.
Мильков Ф. Н. Физическая география: современное состояние, закономерности, проблемы. — Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1981. — 400 с.
Мильков Ф. Н. Вузовская физическая география: периоды её развития и характерные черты как фундаментальной науки. — Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1984. — 304 с.: 12 л. ил.
Мильков Ф. Н. Физическая география: учение о ландшафте и географическая зональность. — Воронеж: Изд-во Воронеж. ун-та, 1986. — 224 с.
Мильков Ф. Н. Общее землеведение. — М.: Высшая школа, 1990. — 336 с.
Мильков Ф. Н., Бережной А. В., Михно В. Б. Терминологический словарь по физической географии / Под ред. Ф. Н. Милькова. — М.: Высшая школа, 1993. — 288 с. — ISBN 5-06-002569-1.
Статьи
Ландшафтные зоны, провинции и районы (Центральных чернозёмных областей) // Центральные Чернозёмные области. — М., 1952. — С. 113—148.
Типы местности и ландшафтные районы Центральных чернозёмных областей // Изв. ВГО. — 1954. — Т. 86. Вып. 4. — С. 336—346.
Ландшафтные районы Центральных чернозёмных областей // Тр. Воронежск. Гос. ун-та. — 1957. — Т. 37. — С. 5-65.
Вниз по Тихому Дону // По родным просторам. — Воронеж, 1992. — С. 79-97.
Серия монографий «Природа Среднерусской лесостепи»
Под редакцией и при активном участии Ф. Н. Милькова вышла серия монографий «Природа Среднерусской лесостепи», ставшая значительным вкладом в краеведение лесостепной зоны России.
Природа и ландшафты Подворонежья. — Воронеж. 1987.
↑Мильков Ф.Н. Лесостепь Русской равнины: опыт ландшафтной характеристики // диссертация доктора географических наук. — Институт географии Академии наук СССР. — 1948.
Краснопольский А. В. Отечественные географы (1917—1992): Биобиблиографический справочник (в 3-х томах) / Под ред. проф. С. Б. Лаврова; РАН, Русское географическое общество. — СПб.: Б.и., 1993. — Т. 2 (Л—Х). — С. 85—86. — 456 с. — 1000 экз.
Снытко В.А., Собисевич А.В.Учитель и ученик: Андрей Александрович Григорьев и Федор Николаевич Мильков. // Современное ландшафтно-экологическое состояние и проблемы оптимизации природной среды регионов. Материалы XIII Международной ландшафтной конференции, посвященной столетию со дня рождения Ф. Н. Милькова, г. Воронеж 14-17 мая 2018 г. Т. 1. — Воронеж, 2018. — С. 25—26.