12 июля 1941 года Мелентьев был призван на службу в Рабоче-Крестьянскую Красную Армию. С 1 февраля 1943 года - на фронтах Великой Отечественной войны. Воевал командиром взвода роты противотанковых ружей 69-го гвардейского стрелкового полка 21-й гвардейской стрелковой дивизии. Неоднократно отличался в боях. Так, 16 декабря 1943 года в районе населённого пункта Копачево взвод Мелентьева подавил огневые точки противника, мешавшие продвижению основных сил, а затем поднялся в атаку и выбил врага с занимаемого рубежа.

17 января 1944 года в районе населённого пункта Старица Мелентьев во главе группы бойцов обошёл сопку, на которой окопался противник, и атаковал его с тыла. Перебив расчёты и охранение, они захватили орудие, 2 пулемёта и значительное количество боеприпасов.

После окончания войны в звании старшего лейтенанта Мелентьев был уволен в запас. Умер 4 февраля 1991 года, похоронен на кладбище деревни Липуны Смоленского района Смоленской области.

Был награждён орденом Отечественной войны 1-й степени (06.11.1985), двумя орденами Красной Звезды (24.12.1943, 23.01.1944) и рядом медалей.