Am 3. Februar 1799 wurde er zum General der Kavallerie befördert und zum Oberbefehlshaber der österreichischen Truppen in Italien bestimmt. Nach der Ankunft der russischen Truppen in der Lombardei wurde er dem Befehl des Generalissimus Alexander Suworow unterstellt. Die vereinigten österreichischen und russischen Truppen forcierten auf fast 100 Kilometer Front erfolgreich gegen die französischen Truppen unter Moreau an der Adda und siegten am 27. April in der Schlacht bei Cassano. Nach der Rückeroberung von Mailand schlugen die Verbündeten die aus Neapel heranrückende französische Armee unter General Macdonald in der dreitägigen Schlacht an der Trebbia (Juni 1799). Für seinen Einsatz in der Schlacht bei Novi (15. August 1799) erhielt Melas das Kommandeurkreuz des Maria-Theresien-Ordens und die Erhebung in den Freiherrnstand. Nachdem Suworow gegen Masséna in die Schweiz abgezogen war, schlug er am 4. November an der Spitze von etwa 35.000 Österreichern, Jean-Étienne Championnet in der Schlacht bei Genola (nahe Fossano) und bemächtigte sich Anfang Dezember der Festung Cuneo.