Во время конфликта на КВЖД Мельников уехал вместе со всем составом консульства в СССР. Первоначально задержался месяца на полтора в Чите, затем выехал в Москву и на юг в отпуск, после чего по ликвидации конфликта выехал в Харбин. Связь уже поддерживал не через Яковлева, а через вице-консула Орлова Николая, рекомендованного японским консулом. Яковлев был заменен Орловым потому, что он часто пил и по несколько дней пропадал из дома.

В июне 1931 г. Мельников выехал в Токио заместить полпреда Трояновского, который уезжал в отпуск, где пробыл шесть месяцев. В Токио министр иностранных дел в качестве связиста рекомендовал переводчика полпредства Клетного, через которого были переданы секретные сведения дипломатического характера.

После возвращения Трояновского Мельников уехал в Москву, где был назначен заместителем начальника Разведупра Штаба РККА. Примерно через месяц или полтора после его вступления в эту должность к нему явился Асков, который сообщил, что он будет осуществлять связь между Мельниковым и японской разведкой. Кроме того, он сказал, что будет вести самостоятельную разведывательную работу в пользу Японии, и просил устроить его в Разведупр, в восточный сектор. По предложению Мельникова он был назначен начальником Восточного сектора Разведупра.

Мельниковым через Аскова были переданы: данные об агентуре по Маньчжурии, Китаю, Ирану, Германии, Чехословакии и Америке. В них были указаны: клички агентов, пароли, время и место встреч, место работы и характеристики агентов. По согласованию с Мельниковым Асков якобы сообщил японской разведке о резиденте Резведупра Шанхая «Рамзай»461, который впоследствии был назначен резидентом в Японии. О переезде его в Японию Асков своевременно сообщал японской разведке. Ввиду отсутствия агентуры по Японии в тот период другие сведения по Японии не передавались.

Во время перехода китайских частей на территорию СССР в 1932 г. была передана информация об этих частях и о местах их интернирования. Осенью 1932 г., когда Мельников замещал начальника Разведупра Берзина, он передал японской разведке ряд приказов Штаба РККА по личному составу штаба и сведения о личном составе центрального аппарата Разведупра.

Непосредственную связь с японской разведкой поддерживал Асков. Он производил записи всех сведений и сообщал их устно японцам. Асков заверил, что конспирация обеспечена полностью и можно было не беспокоиться. Зная Аскова как опытного разведчика, Мельников ему в этом отношении верил462.

25 ноября 1937 г. Мельникова приговорили к высшей мере наказания. 28 июля 1938 г. он был расстрелян. 10 марта 1956 г. Б. Н. Мельников был реабилитирован.