Так, Евдокия хотела забрать из монастыря одну из сестёр, но преподобная не отпустила монахиню и вразумила императрицу; в греческой версии Евдокия покинула Иерусалим через несколько дней после освящения мартирия, т.е. в мае 438 г. Сколько времени прошло с этого момента до смерти Мелании Римляныни (несколько месяцев или полтора года), исследователям неясно, но далее следуют рассказы о чудесах, совершавшихся по её молитвам. При датировке кончины Мелании Римляныни, исследователи, в основном, исходят из датировки паломничества императрицы Евдокии, приводимой Марцеллином Комитом (исследователи полагают, что имеется в виду и 438 г.). В Иерусалиме Мелания Римляныня тесно общалась со своей родственницей Павлой (внучкой покровительницы Иеронима Стридонского). Незадолго до смерти Мелании Римляныни они вместе присутствовали на празднике Рождества Христова в Вифлееме. Во время богослужения Мелании Римляныне было открыто, что она в последний раз отмечает этот праздник. После возвращения в монастырь она затворилась в пещере и молилась, а на следующий день присутствовала на богослужении в церкви первомученика Стефана за северными воротами, затем молилась в мартирии первомученика Стефана («у колоннады»), вернувшись в келью, почувствовала себя плохо, стала прощаться с сёстрами и попросила положить её в молельне (исследователи полагают, что в мартирии женского монастыря). Пресвитер Геронтий отслужил литургию, и Мелания Римляныня, причастившись Святых Таин (в Житии зафиксирован обычай причащаться перед смертью неоднократно), отошла ко Господу. Место захоронения Мелании Римляныни пресвитер Геронтий не указывает, её могли похоронить вместе с матерью и мужем. Мелания Римляныня принадлежала к той среде, представители которой после Халкидонского Собора (четвёртый Вселенский Собор) оказались в рядах его противников. В монастыре Мелании Римляныни приняли постриг Пётр Ивер и его друг евнух Иоанн. Пострижение совершил пресвитер Геронтий, который сам был убеждённым антихалкидонитом. Исследователи отмечают, что с этим связаны некоторые особенности его повествования: он подчёркивает непримиримость Мелании Римляныни к еретикам, в частности, к несторианам, не упоминает Иерусалимского епископа Иувеналия; неоднозначно оценивается личность императрицы Евдокии в греческой и латинской версиях Жития, что, как полагают исследователи, связано с её противостоянием Халкидону и последующим возвращением в православие. Пресвитер Геронтий ни разу не упоминает Меланию Старшую, потому, что её, как полагают исследователи, и Руфина Аквилейского обвинили в оригенизме. Частицы мощей Мелании Римляныни есть в храме Гроба Господня в Иерусалиме. В Синаксаре Константинопольской церкви (конец X в.) сказание о Мелании Римляныне помещено под 31 декабря, в других византийских Синаксарях память преподобной встречается также под 28 декабря и под 30 декабря.