Nel 2001 incontra Federico Savina, docente presso il Centro Sperimentale di Cinematografia di Roma, col quale approfondisce le tecniche di musica applicata. Nei primi anni 2000, terminati gli studi, si trasferisce a Roma dove debutta come direttore d’orchestra all’Auditorium Parco della Musica con la sua opera su Oliver Twist. Melozzi inizia a comporre, inoltre, colonne sonore per cortometraggi, lungometraggi e spettacoli teatrali, inizia quindi a collaborare con vari registi. Nel 2004 fonda il duo di musica elettronica Lisma Project insieme al dj Stefano De Angelis, inoltre nel 2007 fonda a Roma l’etichetta discografica indipendente “Cinik Records”. Nell’ottobre del 2007 in occasione della riapertura del Duomo di Teramo compone la Sinfonia Concertante Il Nuovo Tempio. Insieme a Sollima, Melozzi è stato promotore della prima maxi-reunion di violoncellisti in Italia, che si è tenuta al Teatro Valle Occupato dal 16 al 18 marzo 2012, e ha radunato più di 140 violoncellisti provenienti da tutta l’Europa. L’edizione del 2013 ha visto i 100 violoncelli sul palco del concerto del Primo Maggio a Roma in Piazza San Giovanni.
Fino al 2011 ha composto colonne sonore per una decina di lungometraggi ed una quarantina di cortometraggi.
Nel 2011 il West Australian Ballet gli commissiona la composizione del balletto sinfonico in due atti “Pinocchio-The Ballet”. L’opera, coreografata da Ivan Cavallari, con le scene di Edoardo Sanchi, viene rappresentata con successo nel settembre 2012 a Perth, all’His Majestic Theatre, dalla West Australian Symphony Orchestra.