Произведённый в 1743 году в прапорщики и назначенный затем флигель-адъютантом короля, Мёллендорф участвовал во Второй Силезской и Семилетней войнах. За храбрость в сражениях при Росбахе и Лейтене награждён орденом «Pour le Mérite». За отличие в сражении при Гохкирхе Меллендорф был назначен командиром гвардейского батальона, а с 1760 года — гвардейского полка. 3 ноября 1760 года в сражении при Торгау Мёллендорф атаковал Сиптицерские высоты и был взят в плен, освобождён в ходе размена пленными в начале 1761 года. В 1762 году, командуя бригадой, полковник Мёллендорф взял приступом укреплённую позицию в битве при Буркерсдорфе, за что был произведён в генерал-майоры.