Работал над следующими задачами
- С 1833 года: Утверждён профессором курса прикладной механики, заведующим кафедрой в Институте Корпуса инженеров путей сообщения.
- 1833—1841 годы: Как автор проекта 6-километровой предохранительной дамбы в Динабурге (ныне Даугавпилс) на правом берегу реки Западная Двина для защиты города от наводнений во время весенних паводков.
- 1835 год: Выпустил книгу «О железных дорогах» — первое в России учебное пособие по железнодорожному транспорту.
- 1842—1851 годы: Как автор проекта железной дороги Санкт-Петербург ?? Москва входил в специальный Комитет, учреждённый для строительства Николаевской железной дороги вместе с другими техническими руководителями и создателями проекта.
- 1857—1858 годы: Работал над перестройкой шпиля на соборе Петропавловской крепости в Санкт-Петербурге — деревянные конструкции были заменены металлическими.
Проект выполнялся совместно с архитектором К. А. Тоном, инженерами Д. И. Журавским, А. С. Рехневским.
Павел Петрович Мельников, как один из авторов проекта железной дороги Петербург — Москва, лично убедил императора Николая Первого начать ее строительство. Первый министр путей сообщения России (1866—1869), инженер-генерал, профессор прикладной математики, почетный член РАН, член Государственного совета. За время его управления Ведомством путей сообщения (переименовано из Главного управления путей сообщения в 1865 г.) сеть российских железных дорог увеличилась на 7 тыс. 62 км. Автор первой русской книги о железных дорогах и первых Технических условий проектирования станций.
Павел Петрович Мельников, кроме разработки планов и строительства первых магистральных железных дорог, на глубоком научном уровне занимался вопросами вагоностроения:
- сопротивление движению рельсовых экипажей с выводом формул для расчета этого сопротивления;
- разработка конструкции кузовов и рам вагонов;
- рекомендации по конструкции, размерам и материалам колес и осей колесных пар для вагонов, обращающихся с обычными и повышенными скоростями;
- устройство подшипников, применяемые для их изготовления материалы и технология механической обработки трущихся поверхностей;
- конструкция смазочных устройств в буксах, включая вид смазки и способы подачи ее к трущимся частям;
- устройство ручного тормоза;
- обоснование и ограничение собственной массы вагона.
Ездил в служебную коммандировку по вопросам проектирования железных дорог и вагоностроения в Америку, после которой посвятил ряд научных трудов американскому вагоностроению.
Похоронен в Любани, в храме свв. Петра и Павла, построенном по его инициативе по проекту архитекторов К. А. Тона и Ф. Н. Соболевского. По этой причине он неофициально считается одним из главных "железнодорожных" храмов.
Памятник Мельникову
В день открытия памятника (2 августа 2003 года), намечалось переименовать Комсомольскую площадь в Площадь Трёх Вокзалов, однако официальное переименование, вопреки расхожему мнению, так и не состоялось, хотя указатели остались.
