El 30 de septiembre de 1936 fue detenido, ingresando en el cuartel de la Guardia Civil, donde se aplicaban toda clase de suplicios. Permaneció allí cuarenta y tres días, siendo sacado con frecuencia para recibir fuertes castigos, que sufrió en silencio y sin comentario alguno, con resignación, aceptando y ofreciendo su sufrimiento a Dios, con sencillez y alegría.  Cuando sus compañeros de prisión le preguntaban acerca de los suplicios, su contestación era retirarse a orar.  

La noche del 12 de noviembre fue sacado de su celda y maltratado a golpes cruelmente, quedando sin sentido en el suelo donde fue rematado de un tiro. Murió dando un beso a su crucifijo y perdonando a cuantos le torturaron. Su cadáver fue envuelto en un capote de la Guardia Civil y enterrado bajo un olivo en la finca llamada “Los Coloraos”. En julio de 1939, al finalizar la Guerra, sus restos fueron exhumados y trasladados al cementerio de Martos. Posteriormente, al ser reconstruido el Santuario de la Virgen de la Villa, Patrona de Martos, los restos de Manuel Melero y los de otros mártires se depositaron en la cripta.