Les Remparts représentent l'équipe du Québec pour le tournoi pour l'obtention de la Coupe Memorial. Comme se voulait la règle à cette époque, l'équipe gagnante pouvait emprunter des joueurs des autres équipes de sa ligue pour améliorer son alignement. Gille Meloche a été réclamé pour être gardien de but avec l'équipe de Québec[1]. Au premier tour a lieu la finale québécoise, l'équipe affronte le National de Port-Alfred de la Ligue de hockey junior du Lac-Saint-Jean. L'équipe de Meloche éliminent cette équipe en l'emportant trois parties de suite. Au second tour de la Coupe Memorial[2] a lieu la finale de l'Est du Canada contre les Islanders de Charlottetown. Les Remparts remportent cette finale en défaisant cette équipe en 4 victoires contre 2 revers. En demi-finale, Meloche affrontent le Canadien junior de Montréal qui évolue dans l'Association de hockey de l'Ontario. Lui et l'équipe de Québec subissent la défaite en trois parties.
En , il rejoint les Golden Seals de la Californie en compagnie de Paul Shmyr et en retour de Gerry Desjardins. Âgé de 21 ans, il est le gardien numéro un de l'équipe pour la saison régulière et pour les saisons suivantes. Malgré tout, l'équipe est en difficulté et ne parvient pas à une seule fois à se qualifier pour les séries. La franchise déménage et Gilles Meloche suit son équipe qui prend alors le nom de Barons de Cleveland. Cette nouvelle aventure ne dure que deux saisons pour les Barons et Meloche et toujours sans aucun match dans les séries de la Coupe Stanley, il déménage une nouvelle fois.
Sa nouvelle équipe est celle des North Stars du Minnesota et il parvient pour la première fois de sa carrière dans les séries à l'issue de la saison 1979-1980. L'équipe se rend jusqu'au troisième tour, et il est l'auteur d'un blanchissage lors du second tour contre les Canadiens de Montréal. Finalement l'équipe perd au troisième tour contre les Flyers de Philadelphie[4]. Les Canadiens étaient alors menés par Guy Lafleur et déjà vainqueurs lors des quatre dernières saisons de la Coupe Stanley.
Lors du mois de , il est sélectionné pour jouer le 32e Match des étoiles remportant la confrontation avec sa sélection[2]. Lors de la saison suivante, il forme un des meilleurs tandems de la ligue avec Don Beaupre et ensemble ils emmènent leur équipe en finale de la coupe[5]. Une nouvelle fois sélectionné pour le 34e Match des étoiles, il reste avec les North Stars jusqu'à l'issue de la saison 1984-1985.
Au cours de sa carrière, il joue un total de 788 matchs dans la LNH pour 270 victoires, 351 défaites et 131 matchs nuls avec une moyenne de 3,64 buts encaissés par match.
