Мелрой брала участь у Вторгненні США в Панаму, у Війні в Перській затоці («Щит пустелі» та «Буря в пустелі»). Має наліт понад 200 бойових годин. В червні 1991 року вона поступила в Школу льотчиків-випробувачів на авіабазі «Едвардс» у Каліфорнії. Після її закінчення була переведена на літак C-17, де служила льотчиком-випробувачем, звідки була запрошена в НАСА. Має загальний наліт понад 3 500 годин на більш ніж 45 різних типах літаків.