Ни отец, ни дед будущего писателя не извлекли из службы каких-либо особых материальных выгод и потому не могли дать своим детям того начального образования и воспитания, которое получали многие дети людей их круга, их сословия. До десяти лет П. Мельников обучался дома, и тут особую роль в его развитии сыграла мать, Анна Павловна, привившая сыну любовь к чтению, любовь к литературе и истории. Десятилетний мальчик переписывал в тетради стихи Пушкина, Жуковского, Дельвига, Баратынского.
В 1829 году П. Мельников поступил в Нижегородскую гимназию, которую успешно окончил в 1834 году. Особых впечатлений из гимназии он не вынес и потом с благодарностью вспоминал лишь учителя словесности Савельева и учителя зоологии Кученеева. Правда, навсегда запомнилась одна история. В те времена в Нижнем Новгороде уже был театр, и многие гимназисты с увлечением посещали его, увлечение переросло в желание самим ставить спектакли, и тому выдался подходящий случай. Учитель математики приходил на урок и минут через пятнадцать обычно отпускал учеников домой, но те шли не домой, а торопились в одну из башен нижегородского кремля, где они оборудовали свой собственный театр. «Башня, — вспоминал потом П. И. Мельников, — понадобилась гарнизонному начальству под цейхгауз, и батальонный командир, придя ее осматривать, застал нас во время представления «Поликсены». Драматическую труппу, под присмотром солдат, отправили к директору, а башню заперли. С нами расправились, по тогдашнему обычаю, довольно круто».
История докатилась до Казани, где находился учебный округ, и оттуда последовало распоряжение «разобрать дело как можно строже». «Из ребяческой нашей шалости, — писал П. И. Мельников, — сумели раздуть страшную историю. В городе рассказывали вещи, несодеянные, будто мы, одиннадцати- и двенадцатилетние мальчики, составили опасный заговор для ниспровержения существующего порядка».
Вероятно, этот случай можно было бы зачислить в разряд курьезов, не характеризуй он той общей атмосферы, что царила даже в провинции после подавления восстания декабристов долгие годы. Поначалу дворяне стали предпочитать военной службе, опасной в силу активной деятельности III Отделения в армии, университеты, однако вскоре репутация столичных университетов среди дворянства была подорвана деятельностью студенческих кружков и репрессиями III Отделения. Посылать детей в Московский и Петербургский университеты стало считаться тоже делом опасным.
Но если старшее поколение пребывало в тревоге, то молодое в силу своей молодости жило радужными надеждами. В июле 1834 года Павел Мельников в числе других двенадцати человек успешно сдал выпускные экзамены и получил аттестат из рук самого принца Ольденбургского, прибывшего на торжественный акт в Нижегородскую гимназию. Однако в Московский университет родители своего первенца не отпустили, и он в компании трех своих товарищей и учителя русской словесности Савельева отправился по Волге в Казань.