От 2001 г. заема трайно място в елита на световните щанги с шампионската титла от игрите на добра воля в Бризбейн. Световен шампион в средна категория на първенството във Ванкувър (2003). Европейски шампион (2003 и 2004). Световен шампион от първенството в Киев (2004). Печели златен медал от олимпиадата в Атина през 2004 в категория до 94 кг.

След 17 години в щангите слага край на кариерата си след серия от тежки контузии в навечерието на олимпиадата в Пекин (2008). Милен Добрев е последният българин с олимпийска титла по вдигане на тежести.