[4]​ En el verano de 1839, Mélnikov y otro coronel, Nikolái Osipóvich Kraft (1798-1857), se desplazaron a los Estados Unidos para inspeccionar su sistema ferroviario y recomendar la tecnología que se utilizaría en Rusia.

El informe sobre los ferrocarriles estadounidenses que Mélnikov compiló tras regresar con Kraft a su tierra natal para su presentación a las autoridades imperiales rusas, es una vasta contribución a la historia industrial y del transporte de los Estados Unidos.

Mélnikov fue lo suficientemente observador con respecto a Estados Unidos como para anotar (página 65 del artículo de revista, volumen I, libro I), que Estados Unidos era una nación que estaba "poco inclinada a ser sometida a la influencia de la rutina", es decir, tenía un dinamismo palpable.

Según su experiencia, sugirió la adopción de un ferrocarril de vía ancha con una medida de 5 pies o 1524 mm (que llegaría a ser conocido posteriormente como ancho ruso) para la línea planeada entre Moscú y San Petersburgo (anteriormente solo se había construido una pequeña línea que conectaba San Petersburgo con Tsarskoe Selo en 1836-1837, proyectada por Franz Anton von Gerstner.

Desde 1862 actuó como Jefe Gerente del Ferrocarril; desde 1866 hasta 1869 ocupó el cargo de Ministro de Transporte; y formó parte del Comité de Ferrocarriles desde 1870 hasta 1875.