Im Frühjahr 1800 drang er zum Var vor, er ließ Feldmarschallleutnant Ott mit einem rund 30.000 Mann zählenden Belagerungskorps vor Genua zurück und rückte am 11. Mai 1800 in Nizza ein. Melas erreichte bis Anfang Juni die Übergabe der französischen Garnison in Genua und rüstete sich bereits zum tieferen Einfall in die Provence, als eine neu aufgestellte französische Armee unter Bonaparte in seinem Rücken über den St. Bernhard-Paß vordrang und die kaiserlichen Nachschubverbindungen abschnitt. Die Österreicher versuchten am 14. Juni bei Marengo nach Osten durchzubrechen. Melas errang zuerst den Sieg, verließ aber zu früh das Schlachtfeld, worauf sich der anfängliche Sieg in eine völlige Niederlage verwandelte. Er schloss darauf mit Bonaparte die Konvention von Alessandria, wonach er Italien räumen und sich hinter den Mincio zurückziehen musste. Bald darauf wurde er Kommandierender General in Böhmen, zog sich 1803 in den Ruhestand zurück und starb am 31. Mai 1806 in Elbeteinitz.