Następnie Friedrich von Mellenthin został wysłany do Afryki Północnej, gdzie od czerwca 1941 do września 1942 służył jako trzeci oficer sztabowy w sztabie generała armii Erwina Rommla w Afrika Korps (później przekształconej w "Panzergruppe / Panzerarmee Afrika"). Pozostawał na tym stanowisku w trakcie bitew o Tobruk, Gazalę, Bir Hakeim i El Alamein. Od lipca do września 1942 służył jako p/o operacyjnego oficera sztabowego u boku feldmarszałka Rommla. Stres wywołany działaniami wojennymi spowodował, że Friedrich von Mellenthin spędził wrzesień i październik 1942 w szpitalu wojskowym w Garmisch-Partenkirchen na dochodzeniu do zdrowia po wycieńczeniu wojną i leczeniu się z pełzakowicy.