06 березня 2022 року сержант Сергій Мельников був призваний на військову службу під час мобілізації та став на захист держави у складі Державної прикордонної служби України. Після завершення навчального курсу його направили до 3 прикордонного загону.

З квітня по липень 2022 року сержант Сергій Мельников приймав участь в боях в складі мінометного розрахунку прикордонної комендатури швидкого реагування «Щастя» в районах н.п. Ямпіль, Сіверськ, Лиман, Слов’янськ.

Після чого з липня 2022 року по січень 2023 року перебував з підрозділом на відновлені боєздатності в Львівській та Рівненській областях.

З січня по квітень 2023 року разом з підрозділом приймав участь в бойових діях в районі населеного пункту Григорівка Донецької області на спостережному пункті «Джерело» взводно-опорного пункту «Фортеця».

З квітня по вересень 2023 року перебував на відновлені боєздатності підрозділу в Черкаській області.

У вересні 2023 року був призначений до третього відділу прикордонної служби (тип С) комендатури швидкого реагування вогневої підтримки 3 прикордонного загону.

З вересня 2023 року по липень 2024 року перебував на навчанні та опановував артилерійську справу.

Наприкінці липня 2024 року у складі підрозділу почав виконувати бойові завдання в районі Серебрянського лісництва Донецької області. Завдяки проявленим мужності та рішучості був направлений для підсилення підрозділу третьої прикордонної комендатури швидкого реагування 3 прикордонного загону. Сержант Сергій Мельников обороняв позицію «Колорадо» в районі н.п. Білогорівка Луганської області, де неодноразово брав участь у відбитті ворожих штурмів, завдаючи значних втрат противнику.

31 жовтня 2024 року під час атаки ворожого безпілотника прикордонник отримав тяжке поранення лівої ноги. 

Після тривалого лікування в березні 2025 року повернувся у прикордонний стрій та приступив до виконання бойових завдань в районі населеного пункту Ярова Донецької області.

16 квітня 2025 року, перебуваючи в районі активних бойових дій поблизу н.п. Ярова Донецької області, виконував завдання з укріплення оборонних рубежів та удосконалення фортифікаційних споруд у районі командно-спостережного пункту «Браво». О 12:35 під час масованого артилерійського та авіаційного обстрілу сержант Сергій Мельников організовано діяв разом із побратимами, допомагав їм розосередитися по позиції та спостерігав за напрямком ведення ворожого вогню. У результаті розриву касетного боєприпасу отримав множинні осколкові поранення, несумісні з життям.

За особисту мужність і самовіддані дії, виявлені у захисті державного суверенітету та територіальної цілісності України, вірність військовій присязі сержант Мельников Сергій Ігорович нагороджений медаллю «За військову службу Україні» (посмертно).