Como su padre era mutilado de guerra y ya no podía financiarle los estudios, Melitta ganaba el dinero necesario prestando servicios de ayuda a la comunidad y dando clases particulares.

Ya en 1928 trabajaba como ingeniera para la Institución Alemana de Fomento a la Aviación (Deutsche Versuchsanstalt für Luftfahrt / DVL) en Berlín-Adlershof.

Durante los siguientes nueve años, participó teórica y prácticamente en experimentos mecánicos de aviación, trabajos que la llevaron a formarse como aviadora líder (Flugzeugführerin).

En 1936 fue despedida del servicio activo en la Fuerza Aérea Alemana (Luftwaffe) debido a que algunos supuestos rumores apuntaban a que su familia tenía orígenes judíos (su padre se convirtió al protestantismo en su juventud).

También participó en el desarrollo del control de tres ejes Askania.

En mayo y junio de 1944, su cuñado Claus von Stauffenberg pidió a Melitta en varias ocasiones que lo llevara al cuartel general del Führer (Hauptquartier des Führers) y le trajera de regreso.

Desde entonces eliminó el apellido de matrimonio "von Stauffenberg", para no levantar sospechas, preguntas e inconvenientes.

No obstante, en una certificación de la Oficina de Seguridad del Reich Reichssicherheitshauptamt todavía se podía leer: "Flugkapitän Dipl.-Ing. Melitta Gräfin Schenk v. Stauffenberg está todavía en el servicio por órdenes superiores.

Melitta usó su posición dentro de la Fuerza Aérea Alemana para salvarse lo mejor que pudo.