Episkopat 14 lutego 1930 papież Pius XI mianował go wikariuszem apostolskim Anqingu oraz trzy dni później biskupem tytularnym remesiańskim. 1 czerwca 1930 w Anqingu przyjął sakrę biskupią z rąk wikariusza apostolskiego Wuhu Vicentego Huarte y San Martína SI. Współkonsekratorami byli koadiutor wikariusza apostolskiego Nankinu Auguste Haouisée SI oraz wikariusz apostolski Haimenu Simon Zhu Kaimin SI.
Był on pierwszym ordynariuszem utworzonego rok wcześniej wikariatu. 11 kwietnia 1946 wikariat apostolski Anqingu został podniesiony do rangi archidiecezji. Tym samym bp Melendro Gutiérrez został arcybiskupem Anqingu.
Jeszcze przed ostatecznym zwycięstwem w chińskiej wojnie domowej, 28 maja 1949 komuniści aresztowali abpa Melendro Gutiérreza. Przebywał on w więzienu do 20 września tr., po czym został deportowany do Hongkongu i następnie powrócił do Hiszpanii. De iure arcybiskupem Anqingu był do śmierci w 1978, po wyjeździe z Chin nie miał już jednak realnej władzy w archidiecezji.
W ojczyźnie został ojcem duchowym przy jezuickim w Madrycie. Następnie zamieszkał w klasztorze w Palencji, gdzie zajął się pisarstwem.