В сентябре 1772 года И.И. Меллер назначается присутствующим в Совете Сухопутного Шляхетного кадетского корпуса – кузницы офицерских кадров русской армии. Членом Совета он оставался вплоть до его упразднения в 1785 году. В апреле 1773 года Меллер производится в генерал-поручики, а 21 августа 1775 года «за труды его при артиллерии» награждается орденом Святого Александра Невского.
24 ноября 1783 года Иван Иванович производится в генерал-аншефы с исполнением обязанностей генерал-фельдцейхмейстера – не будучи, впрочем, официально удостоен этого звания. 22 сентября 1785 года глава русской артиллерии был награжден орденом Святого Владимира I степени.
Как военный деятель, наделенный большой властью, он понимал неизбежность новых столкновений с Турцией. В Канцелярии Главной артиллерии и фортификации И.И. Меллер неоднократно поднимал вопрос о более активном участии офицеров Артиллерийского ведомства в подготовке к боевым испытаниям рода войск. С целью сокращения времени на готовность орудий к открытию огня, при развертывании с марша, было принято решение изготовлять зарядные ящики на 30 зарядов и снарядов не только для полковой артиллерии, как это было раньше, но и для полевой. Ввиду дороговизны и небольших запасов свинца И.И. Меллер в 1787 году внес предложение о более широком внедрении чугунной картечи вместо свинцовой. А чтобы вес картечи оставался прежним, рекомендовалось жестянки для чугунной картечи изготовлять длиннее и вкладывать в них чугунных пуль столько, сколько потребуется до полного веса свинцовой картечи. Иван Иванович требовал от артиллеристов хорошего знания материальной части артиллерии, умелого применения ее в бою, в соответствии со сложившейся обстановкой.
Серьезное внимание уделял он вопросам теории стрельбы и управления огнем артиллерии. В канун Русско-турецкой войны 1789 – 1791 годов под его руководством было издано своего рода наставление артиллеристам, которое называлось «Прибавление к стрельбе». В войска оно было разослано уже в ходе войны. В нем был обобщен опыт предыдущих войн по применению артиллерии, на основе которого излагались рекомендации по наиболее целесообразным способам стрельбы.
С началом Русско-турецкой войны 1787–1791 годов Меллер направляется в Екатеринославскую армию к Г.А. Потемкину начальником артиллерии. Под его руководством полевая артиллерия была распределена на бригады (по 20–25 орудий в каждой) и придана дивизиям. Таким образом, каждая дивизия на весь период боевых действий получала свою артиллерию. Тесно взаимодействуя с пехотой и конницей, она должна была осуществлять поражение противника в интересах выполнения боевой задачи той или иной дивизией. По существу, временные артиллерийские бригады становились своего рода прообразом будущей дивизионной артиллерии.
На первом этапе войны перед армией Г.А. Потемкина стояла главная задача – овладеть Очаковом – важнейшей турецкой крепостью в устье Днепра, закрывавшей выход в Черное