В боях Великой Отечественной войны с июня 1941 года. Воевал под Москвой. В 1942 году окончил курсы "Выстрел". Особо отличился на завершающем этапе войны в боях за освобождение Польши.

4 сентября 1944 года командир пулемётной роты старший лейтенант Мельников с одним расчётом в числе первых форсировал реку Нарев у местечка Дворске (южнее города Ружан, Польша) и с ходу вступил в бой с противником. Когда началась переправа батальона, с офицером осталось три солдата. Храбрецы отбили 9 атак противника, способствуя переправе основного подразделения. Оставшись один, Мельников сам лег за пулемет, и будучи дважды раненым, продолжал вести огонь пока не потерял сознание. Раненого и контуженного офицера подобрали боевые товарищи и отправили в тыл. Удостоен звания Героя Советского Союза.