Nach seiner Rückkehr nach St. Petersburg 1811 lehrte er Architektur an der AICh. 1812 wurde er zum Mitglied der AICh ernannt. Nach einigen Jahren trat er daneben in den Dienst des Komitees für verbessertes Bauen und Wasserbau der Stadt St. Petersburg ein. Bei dem Wettbewerb für den Bau der Christ-Erlöser-Kathedrale in Moskau kurz nach dem Ende des Französisch-Russischen Krieges 1812 gewann Melnikows Projekt zwar den 1. Preis, aber Alexander I. gefiel mehr das mystische Projekt Alexander Lawrentjewitsch Witbergs, das dann durchgeführt wurde. Beim Wettbewerb für den Umbau der Isaakskathedrale in St. Petersburg 1816 wurde Melnikows Projekt als das beste Projekt anerkannt, aber Alexander I. genehmigte das Projekt Auguste de Montferrands.