Практически все работы легли на плечи автора и его семьи. Конструкции, инженерные сети и системы нового дома дорабатываются и отлаживались. Из-за периодических отравлений угарным газом, отмечавшихся в дневниковых записях, Мельников скорректировал систему вентиляции дома, в нижней части пилястр появились дополнительные отверстия для увеличения тяги. В дом провели городской телефон, что в те времена было большой редкостью. Уже в 1934 году прошел первый ремонт интерьеров – покраска стен и полов первого этажа.
Время с 1930 по 1941 год можно охарактеризовать как недолгий период существования дома в первоначальном подлинном виде, задуманном архитектором. В дневниках 1930 года зафиксированы работы, проводившиеся семьей по благоустройству территории, посадке сада и огорода, устройству спортивной площадки и цветников. Участок приобрел ухоженный вид. После длительного отъезда на отдых в Крым и на Кавказ Мельников записал 11 августа: «Месяц с лишним были в отъезде. Дом поразил — никто из нас не ожидал, что он выглядит так хорошо, высоко, стройно и велико. Внутренность его выше наружи. Все именно поразились ничем иным, а домом. Сад разросся и похорошел. Уютно на площадке для игр. Цветет огород — чувствуется насыщенность и довольство. Особняк в прямом смысле».
Наиболее сложным для здания был период с 1941 по 1952 годы, связанный со значительными утратами и изменеиями первоначальных авторских решений. Во время бомбардировки Москвы 23 июля 1941 года взрывной волной от бомбы, попавшей в театр им. Вахтангова, было выбито большинство оконных стекол в районе взрыва, в том числе и в доме К. С. Мельникова. В таком виде здание простояло несколько лет. В 1941–1944 годах семье архитектора пришлось зимовать в подвале, где были установлены две кровати и печь для приготовления пищи. Окна дома были закрыты подручными материалами: фанерой, досками, подрамниками и остатками стекол, скреплявшихся бинтами на масляной краске.
Чтобы поддерживать дом в тепле, Мельников во время войны строил печи-времянки. Позже на месте развалившейся печи в гостиной была собрана новая «супрематическая» печь, сохранившаяся до настоящего времени. Временные печи работали и на остальных этажах, но этого было недостаточно — из-за обилия влаги полы и перегородки под центральным окном-витражом в гостиной прогнили. В спальне обрушился потолок, частично пострадало уникальное архитектурное оформление, выполненное из итальянского алебастра, декорированного под камень.
После окончания войны Мельниковы началит приводить дом в порядок, одновременно переоборудовав его для созданной в 1940 году семьи сына Виктора (дочь Людмила жила отдельно с 1936 года). С 1949 по 1951 год К. С. Мельников с женой жил в Саратове, где преподавал в автодорожном институте, периодически приезжая в Москву. Дом был отремонтирован,была проведена частичная перепланировка: разобраны перегородки и стенной шкаф на первом этаже большого цилиндра. В спальне демонтировали первоначальные кровати-ложи, сняли штукатурку с пола. Проводился ремонт штукатурки стен, потолка. Стены оклеили обоями, потолок — белой бумагой. Вновь начал работать калорифер — сначала на дровах, а затем на угле. Временные печи на первом и третьем этажах были разобраны. Летом 1949 года проводился ремонт 1-го этажа большого цилиндра. Побелка и покраска со стен и потолков были смыты практически полностью , поверхности обработали раствором медного купороса и заново побелили. Покраска потолков и одной стены (желтой) в детских комнатах и туалетной комнате восстановили, а в столовой наклеили новые обои.
До конца 1950-х годов молодая семья Виктора проживала в двух комнатах на первом этаже большого цилиндра дома. После возвращения старшего поколения в 1952 году К. С. Мельников согласовал авторский проект перепланировки первого этажа, согласно которому на месте холодильного шкафа была пробита дополнительная дверь, разобраны две перегородки и устроена новая, выделяющая отдельное помещение для молодой семьи. Возможно, этот проект носил фиксационный характер для легализации уже проведенных с 1949 по 1952 год работ.
В 1958 году здание подключили к городским теплосетям, коллектор которых прошел по территории двора и печное отопление было заменено на водяное, для чего в камере калорифера, расположенной в подвале, были установлены регистры центрального водяного отопления, а ставший ненужным люк для угля был заложен кирпичом.
В начале 1960-х годов, когда новая парадигма в архитектуре заняла устойчивую позицию, у профессионального сообщества появился интерес к авангарду 1920-х годов и в том числе к произведениям К. С. Мельникова. Однако еще не все были готовы рассматривать здание в качестве памятника архитектуры. Дом архитектора к тому времени сильно обветшал и, поскольку на тот момент формально здание являлось городской собственностью, а Мельников лишь его арендатором, ремонт здания в 1964 году осуществлялся на городские деньги. Финансирование, выделявшееся в то время на поддержание жилых муниципальных домов, не позволяло производить высококачественный ремонт, поэтому множественные протечки крыши обоих цилиндров были устранены радикально – первоначальное покрытие было демонтировано и заменено на три слоя рубероида, положенного на гудрон с устройством новых водостоков.
После смерти К. С. Мельникова (1974), в 1976 году дом был капитально отремонтирован: фасады перетерты цементным раствором и покрашены белой глянцевой краской, что придало зданию не соответствующий изначальному замыслу блеск; оконные переплеты покрашены в темно-коричневый цвет, отливы под окнами выкрашены серебрянкой.
Здание начало приобретать широкую известность как шедевр авангарда. В 1980–1988 годах по заказу Всероссийского общества охраны памятников культуры (ВООПИК) Институтом «Спецпроектреставрация» были выполнены сложнейшие обмеры здания и разработан проект реставрации дома (руководитель В. А. Резвин). С 1989 года началась реставрация дома на средства, вырученные от продажи каталогов выставки художника Г. Юккера (Германия) в Москве. Для бережного проведения работ были установлены конструкции, не соприкасающиеся с домом, но после разборки кровли и перекрытий над большим цилиндром работы были приостановлены из-за нехватки средств. В 1990 году была разобрана входная дверь из кухни, а на ее месте восстановлен стенной холодильник в соответствии с первоначальным проектом. В 1992–1993 годах были проведены работы по замене конструкций крыши большого цилиндра и реставрации кровли малого цилиндра (архитектурная мастерская А. Попова). Из-за отсутствия средств дальнейшие работы остановились.
В 1996–1998 годах Реставрационная экспериментальная инженерная мастерская №5 (руководитель М. В. Капустина) выполнила работы по реставрации дома. В процессе реставрации было проведено самое значительное количество работ со времени постройки здания: закончены ремонты кровель цилиндров, проведено усиление перекрытия 1-го этажа малого цилиндра с заменой полов 2-го этажа, выправлены перекрытия большого цилиндра с ремонтом полов, заменены полностью полы 1-го этажа, подведены фундаменты под перегородки 1-го этажа, восстановлены две перегородки 1-го этажа, выполнены ремонты штукатурных слоев и перекраска внутренних интерьеров, фасад здания был полностью отреставрирован.
Однако ряд важных работ по благоустройству участка, включая его вертикальную планировку и устройство дренажной канализации, так и не был выполнен.
Кроме того, в ходе реставрации был допущен ряд серьезных ошибок и промахов, последствия которых придется ликвидировать в ближайшие годы. Вот лишь некоторые из них:
Устройство бетонной стяжки пола в ванной комнате, на котором постоянно скапливается вода, было ошибкой реставрации. Полы прогнили и в двух местах провалились из-за отсутствия трапа в бетонном основании.
В результате попыток реставраторов «исправить» кривизну авторских перекрытий над гардеробной комнатой на первом этаже через несколько лет после окончания реставрации, в 2002 году, произошло два обрушения штукатурки на потолке гардеробной комнаты площадью несколько квадратных метров.
Вызывает вопросы реставрация, проведенная в спальне Мельниковых на втором этаже. Новое цветовое решение и фактура стен не соответствуют первоначальной золотистой гамме, о чем свидетельствуют реставрационные зондажи на восточной перегородке спальни. Cпальня хранит обстановку, которая появилась здесь в 1940-х ‒ 1950-х годах, когда комната стала личным пространством Анны Гавриловны Мельниковой. Перед музеем стоит вопрос, восстанавливать ли спальню в ее оригинальном виде или оставить послевоенную мемориальную обстановку, давая представление о первоначальном дизайне с помощью архивных фотографий и сохранившейся живописи Константина и Виктора Мельниковых.
Кроме того, в ходе реставрации были утрачены оригинальные авторские фермы чердачного перекрытия большого цилиндра, находившиеся в хорошем состоянии.
Воссоздание исторической ограды было осуществлено со значительными отступлениями от проекта реставрации — в результате забор вокруг дома сгнил через два зимних сезона и находился в плачевном состоянии. Летом 2015 года силами музея была осуществлена его замена на основе проекта, соответствующего замыслу архитектора.
Работы по реставрации были приняты в 1997 году, но совещания по устранению недоделок (в основном по благоустройству территории) продолжались и в 1999 году. В 2000 году были внесены изменения в благоустройство участка и переделана отмостка здания —удалена неудачно выполненная бетонная стяжка и устроен экран из глиняного грунта, каким он был при создании дома автором.
Наконец, еще одна причина неудовлетворительного состояния дома — отсутствие должного ухода за ним и дворовой территорией после смерти сына архитектора в 2006 году в течение восьми лет, предшествующих созданию музея. Несвоевременная подрезка веток деревьев, вплотную подступивших к дому и нависающих над ним, отсутствие чистки горизонтальных водоотводящих каналов вокруг кровли малого цилиндра, заблокированных мусором и опавшими листьями, — все это с годами привело к разрушениям штукатурного слоя фасада дождями и талым снегом. Но самым опасным результатом этого бездействия пользователей дома как с точки зрения возможных утрат первоначальных деталей, так и с инженерной точки зрения стало гниение столярных заполнений витражного окна на южном фасаде дома высотой почти 5 м. Требуется также замена растрескавшихся стекол витража, восстановление отслоившихся участков оконной замазки, слоя краски.
Тем не менее, все перечисленные выше проблемы предстоящей реставрации, несмотря на всю их серьезность, не несут опасности с точки зрения работы конструкций дома. Конструкции здания находится в удовлетворительном состоянии, осадочные явления фактически отсутствуют, деформации и выветривания кладки стен дома не наблюдаются.
С середины 1990-х на протяжении 20 лет на прилегающих к дому участках велось активное коммерческое строительство. Построенные вокруг участка Дома Мельникова многоэтажные здания полностью изменили режим естественного освещения дома. В результате полностью утрачены все первоначальные виды из дома — за исключением вида на юг, в Кривоарбатский переулок. В 2000-е — 2010-е годы, когда активизировалось строительство на соседних участках, был выполнен ряд обследований, направленных на проведение мониторинга состояния объекта культурного наследия и выработку рекомендаций по его сохранению.
В 2014 году Министерство культуры РФ создало Государственный музей Константина и Виктора Мельниковых (как филиал Музея архитектуры имени А. В. Щусева). Дом Мельникова стал его составной частью и открылся в тестовом режиме для ежедневного экскурсионного посещения. С этого момента Музей начал готовиться к проведению реставрационных работ: в 2015-2019 годах были проведены углубленные пред-реставрационные исследования, а в 2021-2022 годах при финансовой поддержке ПАО «Группа ЛСР» — генерального партнера по сохранению Дома Мельникова — подготовлен проект научной реставрации.