Мелрой участвовала во Вторжении США в Панаму, в Войне в Персидском заливе («Щит пустыни» и «Буря в пустыне»). Имеет налёт более 200 боевых часов. В июне 1991 года она поступила в Школу лётчиков-испытателей на авиабазе «Эдвардс», в Калифорнии. После её окончания была переведена на самолёт C-17, где служила лётчиком-испытателем, когда узнала о приглашении в НАСА. Имеет общий налёт более 3 500 часов на более чем 45 различных типах самолётов.