Начал службу во время Семилетней войны адъютантом фельдмаршала Л. Дауна.
С 1796 года участвовал в войне 1-й антифранцузской коалиции против Франции в звании фельдмаршала-лейтенанта. Имел репутацию заслуженного боевого генерала. В 1799 году назначен командующим австрийскими войсками в Италии в союзной армии под командованием А. В. Суворова. Под начальством Суворова проделал Итальянский поход, порой оказывая, по словам Клаузевица, «преступное неповиновение». По свидетельству Е. Б. Фукса, Мелас побаивался Суворова, который называл его «папой Меласом». Однако Мелас находился под давлением австрийского военного совета (гофкригсрата), отдававшего ему распоряжения напрямую, в обход Суворова.
Отличился в сражении на реке Адда, командуя австрийскими войсками при Кассано.
В битве при Треббии действовал неэнергично, сомневаясь, что Суворову удастся одержать победу над превосходящими силами противника. При Нови во главе австрийского корпуса был послан Суворовым совершить один из решающих манёвров. Из-за медленного продвижения Суворов отправил к Меласу графа Комаровского с приказом расстрелять Меласа, если он не поторопится. Этот приказ достиг цели. Французская армия была разгромлена, однако на следующий день Мелас, ссылаясь на приказ гофкригсрата, отказался преследовать её.
После ухода Суворова с русскими войсками в Швейцарию Мелас возглавил австрийскую армию и прдолжил кампанию в Италии. К этому времени в руках французов в Италии осталась единственная крепость — Кони, которая была осаждена и капитулировала с трёхтысячным гарнизоном 22 ноября (3 декабря). Попытка командующего французской армии в Италии генерала Ж. Э. Шампионе, назначенного вместо Ж. Моро, провести наступление привела к серии сражений, в ходе которых Мелас нанёс крупное поражение французской армии. В крупнейшем из них, у Женолы 24 октября (4 ноября) французы потеряли 8—9 тысяч человек, в том числе 4 тысячи пленными.
В 1800 году Наполеон перешёл из Швейцарии через Сен-Бернар в Италию и 2 июня занял Милан, выйдя на коммуникации австрийской армии Меласа. Однако французская армия, совершив переход, попала под наблюдение Меласа, в то время как Наполеон не имел сведений о местонахождении главных сил австрийцев и предполагал, что они будет отступать к Генуе. Для определения их положения Наполеон отправил в разных направлениях отряды, а две дивизии под командованием генерала Дезе отделил с целью отрезать пути отхода к Генуе, оставшись с половиной армии при с. Маренго. 2 (14) июня 1800 года Мелас, следивший за рассредоточением французов, внезапно атаковал Наполеона. К 14 часам войска Наполеона при Маренго были разбиты. 72-летний Мелас, получивший ранение, послал в Вену курьера с известием о победе, сдал командование генералу А. Цаху и покинул армию. Однако вернувшиеся к Маренго к 15 ч войска Дезе при поддержке остальных войск перешли в контрнаступление и нанесли поражение австрийской армии. Мелас вынужден был предложить перемирие Наполеону, которое тот, в свою очередь, вынужден был принять ввиду потери Генуи, капитулировавшей за время перехода Наполеона в Италию, и больших потерь собственной армии, понесённых при Маренго.
По условиям перемирия, Мелас увёл австрийские войска из Италии. До 1806 года Мелас командовал войсками в Чехии и Богемии. В 1806 году был назначен председателем гофкригсрата.