In vielen seiner Gemälde, die – gerade in seiner späteren impressionistischen Phase – durch leuchtende und frische Farbtöne sowie breite und kräftige Farbbehandlung gekennzeichnet sind (siehe Kolorismus), schildert er das Leben des einfachen Volkes in Holland (siehe Naturalismus). Melchers gewann bei der Weltausstellung 1900 in Paris eine Ehrenmedaille. Zu seinen späteren Arbeiten zählen Wandmalereien in der Kongressbibliothek von Washington. Melchers wohnte abwechselnd in Paris, Holland und New York. Seit 1898 war er gewähltes Mitglied der American Academy of Arts and Letters. 1909 wurde er Professor an der Kunstakademie Weimar, wo er bis 1914 wirkte. 1915 kehrte er mit seiner Frau in die Vereinigten Staaten zurück. In New York eröffneten sie ein Studio.