После возвращения в Москву (1958) был представлен инспектором Московской духовной академии А.В. Ведерниковым митрополиту Николаю (Ярушевичу); по его благословению посвящён в дьяконы и направлен в приход села Акулово (под Одинцовом). В 1958—60 учился на заочном отделении Ленинградской духовной семинарии, после чего был рукоположен в Донском монастыре епископом Стефаном (Никитиным) в сан священника; направлен вторым священником (с 1961 настоятель) в храм Покрова Пресвятой Богородицы в подмосковном селе Алабино. В 1968 окончил Московскую духовную академию.
В 50-х гг. работал над очерком общей истории Церкви, в 1959 закончил первый набросок книги «Сын Человеческий». В 1960 начал писать шеститомную «Историю религий». В 1964—70 второй священник церкви близ станции Тарасовка Ярославского направления Московской железной дороги; жил в доме родителей жены в посёлке Конкурсный близ железнодорожной станции Семхоз. Летом 1970 переведён в храм Сретения Господня в Новой Деревне, близ г. Пушкино (с 1989 настоятель этого храма). Его прихожанами были сотни москвичей.
Написанные в Алабине, Тарасовке и Новой Деревне работы («Истоки Религии», «Магизм и единобожие», «У врат молчания», «Вестники Царства Божия», «На пороге Нового Завета», «Небо на земле») выходили в Брюссельском издательстве «Жизнь с Богом» (в 1990-х гг. вышли в издательстве «Слово» в Москве). В 70-х гг. приглашён принять участие в издании Брюссельской Библии; составил комментарии к Пятикнижию Моисея и книгам Пророков. Задачей своих литературных работ считал «синтез Библии и науки, в том числе исторической».
В 1980-х гг. написаны «Опыт изложения основ ветхозаветной исагогики в свете работ русской библейско-исторической школы и новейших исследований» и «Словарь по библиологии». Книги его, распространяемые нелегально, приводили к православной вере тысячи людей. В 1988 началась открытая миссионерская деятельность Меня. В мае 1988 он впервые выступил с публичной лекцией в Московском институте стали и сплавов. В дальнейшем Мень прочитал более 200 лекций в Москве и пригородах (их темы: «История религий», «Жизнь и смерть», «Библия в литературе», «Обряды и таинства», «Культура и христианство» и др.). Мень — первый священник в России, который начал регулярно выступать по радио и телевидению. Вместе с другими православными, католиками и протестантами участвовал в создании Библейского общества. Был убит утром 9 сентября 1990, когда шёл на Воскресную литургию. Преступление не раскрыто.