По окончании военного училища, в 1992 году, был рекомендован для прохождения службы в СБУ. Был зачислен в Управление государственной охраны Украины.

С 1992 года работал в Управлении государственной охраны. Занимал должности: офицер охраны, офицер безопасности, старший офицер безопасности, руководитель оперативно-технического подразделения отдела охраны Президента Украины.

Как утверждает Мельниченко, разочаровавшись в невыполненных публичных обещаниях Кучмы, решил покончить с коррупцией, ради борьбы с которой он пошел служить в СБУ, по личной инициативе, в течение 1998—2000 годов тайно записывал на аудиоаппаратуру разговоры Леонида Кучмы с различными людьми в его личном кабинете, а также по телефону.

Одну из кассет Мельниченко передал народному депутату Украины председателю Социалистической партии Украины Александру Морозу, который 28 ноября 2000 года воспроизвел её с трибуны на заседании Верховной рады Украины. Аудиозапись произвела эффект разорвавшейся бомбы и взбудоражила общество. На кассете якобы записан разговор Леонида Кучмы и министра МВД Юрия Кравченко, первый отдает приказ о ликвидации известного журналиста Георгия Гонгадзе. Журналист незадолго до обнародования записи на кассете пропал без вести.  Розыски Мельниченко не дали результата, он исчез, спустя некоторое время выяснилось, что его при поддержке посольства США в Украине тайно переправили в Соединенные Штаты Америки. В этой стране опальный майор получил в апреле 2001 года политическое убежище.