Después de ayudar a una contralto americana durante una gira, Melchior recibió un permiso para reeducar su voz y adecuarla a la cuerda de tenor. Desde 1917 a 1918 recibió lecciones del tenor danés Vilhelm Herold, quien había cantado roles wagnerianos en el Covent Garden, Chicago y Copenhague desde 1900 a 1915. Esta enseñanza probó ser un hito en la carrera de Melchior. Su voz de barítono alto fue remodelada en una de tenor bajo pero con gloriosos registros altos.

Su segundo debut fue el 8 de octubre de 1918 en el rol titular de Tannhäuser, también en Copenhague, pero su carrera no fue muy exitosa, actuando solamente dos veces más, como Canio y como Sansón. Melchior viajó a Inglaterra y el inventor Marconi le invitó a tomar parte en la primera transmisión radial internacional. Esto abrió contactos y uno de ellos, del novelista y apasionado wagneriano Hugh Walpole, le permitió recibir sostén económico y moral. Hubo estudios adicionales con Victor Beigel, Ernst Grenzebach y Anna Bahr-Mildenburg, los que tuvieron ocupado a Melchior hasta 1923.

La fama del talento de Melchior se expandió y fue invitado por Cosima y Siegfried Wagner a Bayreuth. Se estaba preparando la reapertura del festival para 1924. Melchior fue contratado como nuevo tenor para Siegmund y Parsifal. Las noticias de su contrato abrieron las puertas para otras presentaciones, incluyendo un concierto con Frida Leider en Berlín en 1923. El 14 de mayo de 1924 apareció como Siegmund en el Covent Garden logrando un éxito rotundo. Algunas semanas después Melchior debutó en el festival de Bayreuth como Siegmund y como Parsifal.

El 17 de febrero de 1926 apareció en el Metropolitan de Nueva York cantando Tannhäuser junto a Jeritza, Schorr, Branzell y Bohnen, dirigido por Bodansky. Aunque no fue mal criticado hubo poco entusiasmo por este debut. En su primera temporada en el Met cantó en ocho ocasiones y en la segunda solamente una. Para nutrir su repertorio y ganar mayor experiencia Melchior aceptó un contrato en la Opera Estatal de Hamburgo, donde cantó Lohengrin, Otello, Radames y Jean van Leyden. También actuó en otros teatros germanos hasta que consiguió su triunfo en el Metropolitan. Fue como Tristan el 20 de marzo de 1929.

Desde entonces pasó de éxito en éxito hasta su retiro. Con la despedida de Lohengrin realizó su última presentación escénica el 2 de febrero de 1950. En forma paralela a su labor en el Met apareció en el Covent Garden (1924-1939), también como Otello y Florestan, en Buenos Aires (1931-43), San Francisco (1934-45) y Chicago (1934-45). Y desde 1929 hasta 1945 grabó la mayoría de sus discos en 78rpm.

Después de su retiro, Melchior continuó sus actividades musicales en la radio, la televisión y en clubs. Hubo también varias películas para las que Melchior cantó en playback. Para celebrar sus 70 años cantó Siegmund en una versión de concierto del primer acto de La Walkiria en Copenhague. Su despedida de la vida musical pública fue como director con la obertura El Murciélago en un concierto al aire libre realizado en San Francisco en 1966.

Convencido de que después no habría verdaderos Heldentenors como sucesores, Melchior instituyó un programa para descubrir y desarrollar potenciales cantantes de este tipo, sobretodo a partir de barítonos altos. Melchior decía que un verdadero tenor wagneriano necesitaba un entrenamiento especial bajo condiciones ideales, circunstancias que le permitieran dedicar todo su tiempo y energía a los estudios. La Fundación Melchior Heldentenor concretó está ayuda a través de una beca o asistencia financiera a cantantes que ya tengan experiencia escénica. Algunos de los beneficiados por esta beca han sido William Cochran y Gary Lakes.

Melchior nació el 20 de marzo de 1890 en Copenhague y falleció el 18 de marzo de 1973 en Santa Mónica, California.