Весной
1949 года Мельников получил назначение на архитектурную кафедру
Саратовского автодорожного института, где проработал в общей сложности около двух лет сначала старшим преподавателем, затем исполняющим обязанности профессора. В саратовский период жизни К. С. Мельников участвует в ряде конкурсов, среди которых проект интерьера Центрального универмага
г. Саратова (был осуществлён с некоторыми отклонениями), проект реконструкции площади им. Кирова в Саратове, проект планировки и застройки посёлка
Вязовка Саратовской области. В конце 1952 года Мельников был утверждён в звании профессора. Одним из учеников К. Мельникова в период его преподавания в МИСИ был
А. Митта, ставший впоследствии известным российским режиссёром. В
1954 году Мельников участвует в двух открытых конкурсах — на монумент в честь 300-летия воссоединения Украины с Россией в Москве и на
Пантеон выдающихся деятелей государства. Это был период, когда тенденции неокадемизма в советской архитектуре достигли апогея, и оба проекта Мельникова остались практически незамеченными. Урна и могила архитектора отнесена к памятникам истории народов Российской Федерации. Рядом с К. С. Мельниковым похоронена его супруга, Анна Гавриловна, и сын, художник
В. К. Мельников.