Полубедственное состояние вынудило Сергея уже с седьмого класса гимназии содержать себя самого, пробуя свои силы в журналистике и переводах. Благодаря счастливому стечению обстоятельств, учась лишь на первом курсе историко-филологического факультета Московского университета, он становится сотрудником «Русских ведомостей» – самой популярной и влиятельной из газет начала ХХ века. Около 10 лет сотрудничал Мельгунов в этой газете, пройдя путь от автора на случайные сюжеты провинциальной хроники до обозревателя по темам истории и церкви. Этот опыт и определил в конце концов особенность творческого облика Сергея Петровича, не ставшего после окончания университета в 1904 году «чистым», академическим историком, а гармонически соединившего в себе неослабевающий интерес к истории, профессиональную журналистику и активную общественную деятельность.
Главным предметом своего внимания историк Мельгунов сразу же выбрал историю русской церкви, прежде всего старообрядчества, сектантства. Из-под его пера на эту тему вышли следующие труды, получившие высокую оценку современников: «Церковь и государство в России» (2 кн.), «Религиозно-общественные движения в России в XVII – XVIII вв.», «Религиозно-общественные движения в России XIX в.», «Старообрядцы и свобода совести», «Великий подвижник и протопоп Аввакум», «Москва и старая вера». Кроме того, свет увидели книги Мельгунова «Дела и люди александровского времени», «Из истории студенческих обществ в русских университетах», «Студенческие организации 80 – 90 х гг. в Московском университете» и многочисленные статьи.
Мельгунов становится признанным авторитетом по вопросам истории церкви в России и на этой почве сближается с Л. Н. Толстым. Во время одной из встреч великий писатель настаивал: «Бросьте вы эту ерунду – “Русские ведомости”, они вас совсем испортят», уговаривая Мельгунова посвятить себя «исключительно изучению религиозных движений в России, может быть, единственному положительному и самому важному в современной общественной жизни». Однако историк не внял этому совету, а, напротив, все более расширял сферу своих интересов. Под его редакцией вышли многотомные коллективные труды, составляющие гордость русской историографии: «Великая реформа 19 февраля 1861 г.» (7 т.), «Отечественная война и русское общество» (6 т.), «Масонство в его прошлом и настоящем» (3 т.). Эти издания были богато иллюстрированы во многом благодаря уникальной исторической коллекции, собранной Мельгуновым. К числу заслуг Сергея Петровича можно отнести также составление и редактирование «Книг для чтения по истории нового времени» (7 т.), «Рассказов по русской истории», сборников «Из нашего прошлого», брошюр «Популярной исторической библиотеки», носивших просветительский характер.