Qualche anno dopo, presso l'Università di Cambridge, finì il suo secondo dottorato di ricerca nel 1960, lì conobbe il già Premio Nobel Frederick Sanger e tornò in Argentina a lavorare nell'Istituto Nazionale di Microbiologia Carlos Malbrán. Siccome il 29 marzo 1962 il colpo di Stato guidato dal Generale Raul Poggi rovesciò il governo di Arturo Frondizi, l'Istituto Malbrán fu intervenuto e cominciarono le persecuzioni politiche per i ricercatori. Perciò Milstein fu costretto ad abbandonare l'Argentina e trasferirsi a Cambridge con sua moglie.