Талент Мележа з асаблівай сілай раскрыўся ў трылогіі «Палеская хроніка». Гэта галоўны яго твор, апавяданне пра блізкі і дарагі пісьменніку родны край. Цыкл складаецца з раманаў «Людзі на балоце» (1961), «Подых навальніцы» (1964-65), «Завеі, снежань» (1976). У «Палескай хроніцы» Іван Мележ раскрыў лёс сялянства ў пераломны перыяд гісторыі, які адлюстраваў падзеі 1920-х гадоў і калектывізацыю на Палессі. Ён стварыў народную кнігу, нацыянальную эпапею. У «Палескай хроніцы» з асаблівай сілай выявілася мастацкая і грамадзянская смеласць аўтара ў асэнсаванні складаных працэсаў калектывізацыі на Палессі, жыцця беларускага народа ў 1920-30 гады, каханне да свайго народу, гуманістычная страснасць у поглядзе на чалавека, эпічны размах і шырыня гістарычнага мыслення, майстэрства валодання мастацкай дэталлю. Вобразы Ганны, Васіля, Апейкі і іншых герояў сталі ўвасабленнем нацыянальнага характару, вобразамі-тыпамі агульначалавечага гучання.
Іван Мележ — аўтар кніг літаратурна-крытычных артыкулаў, нарысаў і публіцыстычных выступленняў «Жыццевыя клопаты», зборнікаў «Белыя вішні і яблыні» (апавяданні і аповесці), «Першая кніга. Дзеннікі. Сшыткі. З запісных кніжак» і інш.
Па творах Івана Мележа створаны радыё і тэлепастаноўкі, пастаўлены спектаклі на сцэнах абласных і рэспубліканскіх тэатраў, знятыя тэле — і кінафільмы. Яго раманы перакладзеныя на многія мовы свету.