Mellbye var statsråd og sjef for Landbruksdepartementet fra 26. september 1904 til 10. mars 1905 i Francis Hagerups andre regjering, og representerte da Høyre. Han var innvalgt på Stortinget fra Hedmark fra 1922 til 1930, da som representant for Bondepartiet, og var parlamentarisk leder i hele sin tid på Stortinget.