Nel luglio 2011 vince con la [[Nazionale Under-20 di pallacanestro dell'Italia|Nazionale di pallacanestro dell'Italia under 20]] la medaglia d'argento dei campionati europei di categoria. Il 13 marzo esordisce con la [[Nazionale maschile di pallacanestro dell'Italia|Nazionale maggiore]] nell'All Star Game segnando 12 punti.<ref>{{Cita|FIP.it}}.</ref> Nel 2013 partecipa agli [[Campionato europeo maschile di pallacanestro 2013|Europei]] in Slovenia. La squadra si qualifica all'ottavo posto dopo essere stata eliminata nei quarti di finale dalla [[Nazionale di pallacanestro della Lituania{{NazNB|Lituania]]PC|LTU|M}}<ref>{{cita web|url=http://www.fiba.com/pages/eng/fa/team/p/sid/8722/tid/307/_/2013_EuroBasket/index.html|titolo=Italia 2013|sito=Fiba.com|accesso=1º settembre 2016|dataarchivio=24 luglio 2016|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20160724091551/http://www.fiba.com/pages/eng/fa/team/p/sid/8722/tid/307/_/2013_EuroBasket/index.html|urlmorto=sì}}</ref>. Nel 2015 partecipa agli [[Campionato europeo maschile di pallacanestro 2015|Europei]] giocando a Berlino e [[Lilla (Francia)|Lilla]]. La squadra si qualifica al quinto posto dopo la sconfitta ai quarti di finale, da parte della Lituania<ref>{{cita web|url=http://www.fibaeurope.com/pageID_hSq8sm44J4U5RMnlkniIf2.compID_qMRZdYCZI6EoANOrUf9le2.season_2015.roundID_9322.teamID_307.html|titolo=Italia 2015|sito=Fiba.com|data=17 settembre 2015|lingua=en|accesso=1º settembre 2016|urlarchivio=https://archive.is/20160901122224/http://www.fibaeurope.com/pageID_hSq8sm44J4U5RMnlkniIf2.compID_qMRZdYCZI6EoANOrUf9le2.season_2015.roundID_9322.teamID_307.html|dataarchivio=1º settembre 2016|urlmorto=no}}</ref>.
Nel 2016 partecipa al torneo di qualificazione di Torino per le [[Giochi della XXXI Olimpiade|Olimpiadi di Rio de Janeiro]] ma il 9 luglio viene battuto in finale dalla {{nazNBNazNB|PC|HRV|M}}<ref>{{Cita web|url= http://www.fiba.com/it/oqt/italy/2016/news/croatia-are-rio-2016-bound|titolo= La Croazia si qualifica per Rio 2016|editore= fiba.com|data= 10 luglio 2016|accesso= 11 luglio 2016|urlarchivio= https://archive.is/20160711123405/http://www.fiba.com/it/oqt/italy/2016/news/croatia-are-rio-2016-bound|dataarchivio= 11 luglio 2016|urlmorto= sì}}</ref>. Nel 2017 disputa le qualificazioni e le fasi finali dei [[Campionato europeo maschile di pallacanestro 2017|campionati europei]] arrivando fino ai quarti di finale dove la nazionale viene battuta il 13 settembre dalla [[Nazionale di pallacanestro della Serbia{{NazNB|Serbia]]PC|SRB|M}}<ref>{{Cita web|url= http://www.fip.it/news.asp?IDNews=10585|titolo= EuroBasket 2017: Italia-Serbia 67-83, Azzurri eliminati ai quarti di finale|editore= fip.it|data= 13 settembre 2017|accesso= 9 ottobre 2017|urlarchivio= https://archive.is/20171009210240/http://www.fip.it/news.asp?IDNews=10585|dataarchivio= 9 ottobre 2017|urlmorto= sì}}</ref>.
Salta invece i [[Campionato mondiale maschile di pallacanestro 2019|Mondiali 2019]] per via di un infortunio<ref>{{Cita web|url=https://www.reggionline.com/nicolo-melli-non-giochera-gli-azzurri-mondiali-cina-2019/|titolo=Nicolò Melli non giocherà con gli azzurri i mondiali di Cina 2019|sito=Reggionline|data=2019-08-13|accesso=2019-08-13|dataarchivio=13 agosto 2019|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20190813150523/https://www.reggionline.com/nicolo-melli-non-giochera-gli-azzurri-mondiali-cina-2019/|urlmorto=sì}}</ref>.
