Ingresó al gobierno peronista proveniente de la actividad privada en junio de 1975, de la mano de Ricardo Zinn, Secretario de Programación y Coordinación Económica del ministro Celestino Rodrigo, como integrante del directorio del Banco Central de la República Argentina y siendo designado Presidente del BCRA en julio del mismo año.
Ante la presión de las cámaras empresariales más poderosas del país (Unión Industrial Argentina, Sociedad Rural Argentina, Confederaciones Rurales Argentinas, Cámara Argentina de Comercio y la Cámara Argentina de la Construcción, entre otras) y del nuevo proyecto de reforma impositiva presentado por el ministro de Economía Antonio Cafiero, en los primeros días de febrero de 1976 la viuda del general Perón decide el reemplazo de Cafiero por el presidente del BCRA Mondelli, quien era mejor visto por el establishment local.
Asumió el cargo el 4 de febrero de 1976 y luego de marchas y contramarchas el 5 de marzo de 1976, días antes del golpe militar, Mondelli anunció su "Plan de Emergencia Económica" que incluyó nuevos precios tope para el pan, fideos, quesos, manteca, leche en polvo y aceite. La medida rigió hasta el comienzo del gobierno militar.
Durante su breve paso por el ministerio, alzó las tasas de interés para bajar la inflación, dentro de un conjunto de medidas orientadas a la mejora de la competencia, el aumento de la eficiencia en empresas públicas, la mejora del abastecimiento interno. Si bien logró una desaceleración en la inflación mensual durante febrero y marzo su plan fue desarticulado tras el golpe de Estado.
Permaneció retirado de la vida pública hasta su fallecimiento en 1993.