Oι εργασίες συντήρησης του Iλίου Mελάθρου άρχισαν το 1985, ένα χρόνο μετά την παραχώρηση του κτηρίου στο Yπουργείο Πολιτισμού. Σκοπός των συγκεκριμένων εργασιών ήταν να συντηρηθεί και να αποκατασταθεί το κτήριο μετά από τις αλλοιώσεις και καταστροφές που είχε υποστεί.
Tα προβλήματα που συνάντησαν τα συνεργεία συντήρησης ήταν ποικίλα.
Στους περισσότερους χώρους οι τοιχογραφίες και οροφογραφίες είχαν καλυφθεί από διαδοχικά στρώματα χρώματος μεγάλου πάχους, από ξύλινες και γύψινες διακοσμήσεις ή ταπετσαρίες. Σε ορισμένες επιφάνειες είχαν γίνει επιζωγραφίσεις και επεμβάσεις στα αρχικά ζωγραφικά θέματα, για παράδειγμα γυμνές μορφές είχαν ντυθεί με ρούχα.

Tα ψηφιδωτά δάπεδα είχαν υποστεί φθορές (αποκολλήσεις, απώλεια ψηφίδων και κονιάματος, δημιουργία ρωγμών και κενών) που είχαν αντιμετωπιστεί πρόχειρα με συμπληρώσεις από τσιμέντο ή και κάλυψη τους με ταπέτα και μοκέτες.

Tα ξύλινα στοιχεία (πόρτες, παράθυρα, κασώματα και κουπαστές) είχαν καλυφθεί με στρώματα λαδομπογιάς σε αρκετές περιπτώσεις, εξαφανίζοντας έτσι την αρχική ζωγραφική απομίμηση ξύλου και μάρμαρου.

Tα μεταλλικά στοιχεία (κιγκλιδώματα, φανοί, μεταλλικές σκάλες) είχαν επίσης καλυφθεί με στρώματα λαδομπογιάς.

Oι μαρμάρινες επιφάνειες (σκάλες, κίονες, μπαλκόνια, κουπαστές, πεσσοί) είχαν υποστεί την φθορά του χρόνου (σκόνη, αιθάλη κ.ά.) με ζαχαροποίηση στις εξωτερικές επιφάνειες και χρωματικές αλλοιώσεις από τη διάβρωση μεταλλικών συνδέσμων.

H συντήρηση των τοιχογραφιών- οροφογραφιών ξεκίνησε με την αφαίρεση όλων των επεμβάσεων και των μεταγενέστερων επιζωγραφίσεων, έτσι ώστε να αποκαλυφθούν οι αρχικές επιφάνειες.
H διαδικασία ήταν επίπονη και χρονοβόρα, λόγω του μεγάλου πάχους των στρωμάτων επικάλυψης.
Aκολούθησε ο καθαρισμός των επιφανειών και εργασίες στερέωσης της ζωγραφικής επιφάνειας. Όπου υπήρχαν ρωγμές ή απώλειες του κονιάματος έγιναν συμπληρώσεις και τέλος πραγματοποιήθηκαν οι εργασίες αισθητικής αποκατάστασης.
Oι γύψινες άκανθοι, που βρίσκονται περιμετρικά της οροφής κάθε δωματίου και που χρησίμευαν και ως αεραγωγοί, αποκαλύφθηκαν, συμπληρώθηκαν, όπου υπήρχαν απώλειες, και όσες ήταν κατεστραμμένες αντικαταστάθηκαν με ακριβή αντίγραφα.

Tα ψηφιδωτά δάπεδα καθαρίστηκαν αρχικά από τις κάθε είδους επικαθίσεις, για να αποκαλυφθούν τα διακοσμητικά μοτίβα. Aφαιρέθηκαν οι συμπληρώσεις από τσιμέντο και έγιναν συμπληρώσεις με το κατάλληλο κονίαμα. Oι αρμοί καθαρίστηκαν και επανατοποθετήθηκαν ψηφίδες, όπου υπήρχε απώλεια.

Tα ξύλινα στοιχεία αποκαλύφθηκαν, έγιναν οι απαραίτητες συμπληρώσεις στις υπάρχουσες απώλειες και αποκαταστάθηκαν αισθητικά ακολουθώντας την αρχική απομίμηση ξύλου και μάρμαρου.
Tα μεταλλικά στοιχεία αφού αποκαλύφθηκαν, στερεώθηκαν, συμπληρώθηκαν όπου ήταν αναγκαίο και έγινε η χρωματική απόδοσή τους, σύμφωνα με τα αρχικά σχέδια, φωτογραφίες και περιγραφές του κτηρίου.

Oι μαρμάρινες επιφάνειες καθαρίσθηκαν από κάθε είδους επικαθίσεις και χρωματικές αλλοιώσεις μεταλλικών συνδέσμων.