Möllendorff besuchte die Ritterakademie in Dom Brandenburg und wurde im Juli 1709 als Kornett im Regiment zu Pferde „Katte“ der Preußischen Armee angestellt. Dort wurde er im April 1710 Leutnant und kämpfte bis zum Frieden von Utrecht in den Niederlanden. 1715 wurde er Hauptmann und am 1. Dezember 1719 Major im Regiment des Kronprinzen. Am 21. November 1723 wurde er Oberstleutnant und am 1. Mai 1736 Oberst. Im Jahr 1741 erhielt er das Regiment „Graf von Wartensleben“ zu Pferde, ein Kürassierregiment. Am 18. Mai 1743 erhielt er die Ernennung zum Generalmajor. Im November 1743 erhielt er ein aus Teilen des Regiments „Platen“ errichtetes Dragonerregiment, das sich nunmehr„Jung-Möllendorf“ nannte. Im Juli 1745 wurde er von König Friedrich II. zu Generalleutnant ernannt. Während des Ersten und Zweiten Schlesischen Krieges kämpfte er in Böhmen und Mähren, wo er sich besonders in der Schlacht bei Kesselsdorf auszeichnete.