Después de la Batalla de Marengo (1800), Melzi fue invitado a Francia para participar en la definición del orden político nuevo para Italia. Cuándo la República italiana estuvo fundada, con Napoleón como jefe de estado, Melzi d'Eril fue nombrado vicepresidente. En los tres años de la República italiana, Melzi d'Eril contribuyó en gran parte al desarrollo de la República, así como la renovación de la ciudad de Milán, escogida como la nueva capital. No obstante, cuándo el Reino de Italia estuvo proclamado en 1805, Napoleón escogió a Eugène de Beauharnais como su virrey, y Melzi d'Eril era de alguna manera desapartado del gobierno nuevo. Como compensación, este fue hecho Duque de Lodi. Fue retirado, pero quedó como un seguidor ferviente de la autonomía de Italia y un crítico franco de la regla napoleónica.