Là đại diện cho đất nước cờ hoa tại cuộc thi Hoa hậu Thế giới 2010 tại thành phố Tam Á, Trung Quốc Mills đã đạt danh hiệu Á hậu thứ nhất trong phần thi Hoa hậu Bãi biển diễn ra ngày 19 tháng 10, Á hậu 2 phần thi Hoa hậu Siêu mẫu diễn ra ngày 23 tháng 10 và danh hiệu Hoa hậu Thế giới 2010 vào ngày 30 tháng 10 năm 2010 sau khi đánh bại đối thủ nặng ký là Mariann Birkedal từ Na Uy.