Στις 3 Οκτωβρίου 1944, μια γερμανική φάλαγγα, ενισχυμένη από ιταλικές δυνάμεις και ένοπλους κομιτατζήδες, αναχώρησε από το Φρουραρχείο Καστοριάς με στόχο την εξόντωση ανταρτικών ομάδων και των υποστηρικτών τους στα παρακείμενα χωριά. Το χωριό Μελάνθιο, ήδη γνωστό στις κατοχικές αρχές ως κέντρο δραστηριότητας αντάρτικων ομάδων, βρέθηκε άμεσα στο στόχαστρο της επιχείρησης.

Στις 4 Οκτωβρίου, οι συντονισμένες κατοχικές δυνάμεις εισέβαλαν στο Μελάνθιο, το οποίο είχε ήδη εγκαταλειφθεί από τους κατοίκους του. Ενημερωμένοι για την επικείμενη επίθεση, οι κάτοικοι είχαν διαφύγει σε δασώδεις και ορεινές περιοχές γύρω από το χωριό, αναζητώντας καταφύγιο. Στην προσπάθειά τους να εντοπίσουν αντάρτικες ομάδες, οι κατοχικές δυνάμεις οργάνωσαν καταδιωκτικές επιχειρήσεις στα περίχωρα του Μελανθίου, χωρίς ωστόσο να επιτύχουν τον εντοπισμό κάποιας αντάρτικης ομάδας. Έπειτα από τις άκαρπες προσπάθειες, οι κατακτητές προχώρησαν σε μαζικές πυρπολήσεις κτιρίων του Μελανθίου, προξενώντας εκτεταμένες καταστροφές στον οικιστικό ιστό του χωριού. Συνολικά κατά τη διάρκεια του ολοκαυτώματος του Μελανθίου ο απολογισμός των υλικών ζημιών ήταν βαρύτατος: περίπου 110 οικίες καταστράφηκαν ολοσχερώς από το σύνολο των 145, ενώ άλλες 35 διασώθηκαν έχοντας υποστεί μικρές υλικές ζημίες.

Παράλληλα, κατά τη διάρκεια των καταδιωκτικών επιχειρήσεων που διεξήχθησαν στις 4 Οκτωβρίου, δύο κάτοικοι έχασαν τη ζωή τους και έξι ακόμη τραυματίστηκαν. Οι επιζώντες, επιστρέφοντας στο χωριό από τις γύρω περιοχές όπου είχαν καταφύγει, βρήκαν το χωριό τους ερειπωμένο. Έτσι, αναγκάστηκαν να εγκαταλείψουν το Μελάνθιο για αρκετούς μήνες, πριν τελικά επιστρέψουν για να το ξαναχτίσουν από την αρχή.

Τον Απρίλιο του 2019, το ελληνικό κράτος, τιμώντας τη μνήμη των θυμάτων του ολοκαυτώματος, ανακήρυξε το Μελάνθιο μαρτυρικό χωριό με το υπ’ αριθμ. 29/12.04.2019 Προεδρικό Διάταγμα.