Bei der Genossenschaft wurde er am 1. Juli 1933 von den Nationalsozialisten aus politischen Gründen entlassen. Bis Ende April 1937 war Mellmann fast durchgängig arbeitslos. Er fand nur kurzfristige Beschäftigungen, wurde dienstverpflichtet und konnte bei der Stärkefabrik Zwick in Moorfleth bis Mitte 1942 arbeiten. Um den fortwährenden Hausdurchsuchungen und Vernehmungen durch die Gestapo zu entgehen, nahm Mellmann die Gelegenheit wahr, ab 1. September 1942 in der Stärkefabrik Wronke/Warthegau als Maschinenmeister zu arbeiten. Doch auch hier war die Gestapo über seine frühere politische Tätigkeit informiert. Nach dem Attentat vom 20. Juli 1944 wurde Mellmann am 19. August 1944 (im Rahmen der Gewitteraktion) in Schutzhaft genommen und bis Mitte Oktober 1944 im Gestapo-Lager Poggenburg (Zabikowo) bei Posen eingesperrt. Von Mitte Januar bis Februar 1945 wurde er noch einmal in Haft genommen. Er kehrte nach Hamburg zurück und zog in seine Wohnung am Friedrich-Ebert-Damm in Wandsbek. Mellmann übernahm am 1. Juni 1945 wieder die Geschäftsführung der Gemeinnützigen Wohnungsbaugenossenschaft und wurde Mitglied des SPD-Kreisvorstandes in Wandsbek. Abgeordneter der Hamburgischen Bürgerschaft war er von 1946 bis 1953 und von 1956 bis 1961.