Dewey đã suy nghĩ về vấn đề này suốt ngày này qua ngày khác. Sau đó theo như chuyện kể, vào một buổi sáng Tháng 5/1873, khi ông đang ngồi trong nhà thờ Amherst dự buổi lễ chịu ơn tôn giáo, một ý tưởng lóe lên trong đầu ông đã giải quyết dứt điểm vấn đề này:

"Sau nhiều tháng nghiên cứu, một ngày chủ nhật trong suốt bài giảng đạo dài của Cha xứ Stearms, tôi ngồi nhìn chằm chằm vào ông ta mà không nghe một lời nào, đầu óc tôi bị cuốn hút bởi vấn đề sống còn ấy, giải pháp đã lóe lên làm cho tôi nhảy khỏi chỗ ngồi và suýt hét lên "Tôi tìm ra rồi!". Nó thật hoàn toàn đơn giản bằng cách sử dụng những ký hiệu đơn giản nhất đã biết - dùng các con số Ả rập để đánh số phân loại tất cả tri thức của con người..."

Như vậy Dewey đã quyết định sử dụng số thập phân để biểu thị chủ đề của cuốn sách chứ không dùng số nguyên bình thường để đại diện cho vị trí sách trong không gian, vd.: 1,2,3,... đại diện cho cuốn sách thứ nhất, thứ hai, thứ ba mà thư viện có được trong một chủng loại nào đó. Phát minh của Dewey về vị trí tương đối đã làm cho ông không cần phải đánh số lại cho sách khi số sách tăng lên vì ông đã đánh số những cuốn sách theo nội dung tri thức của chúng chứ không theo vị trí vật lý.

Dewey đã phân chia tri thức nhân loại thành 10 môn loại chính, mỗi môn loại chia ra 10 phân mục, mỗi phân mục chia ra 10 phân đoạn, và tiếp tục dùng những số thập phân để phân nhánh. Thế giới tri thức được sắp xếp theo hệ phân cấp từ các chủ đề lớn nhất đến hẹp nhất biểu thị bằng hệ thống ký hiệu trong bảng phân loại. Dewey đã dùng các con số Ả rập từ 0-9 trên mỗi mức của hệ phân cấp nầy. Ví dụ 3 đại diện cho Khoa học xã hội, 34 - Luật, 341 - Luật quốc tế, 341.6 - Luật chiến tranh quốc tế, và... . Mỗi con số thêm vào sẽ diễn đạt chi tiết hơn đối với nội dung của cuốn sách, và đặt nó bên cạnh những cuốn sách khác có cùng chủ đề hay chủ đề liên quan. Mỗi số thập phân cung cấp trật tự tuyến tính cho các chủ đề của toàn bộ thư viện. Đó là một ý tưởng đơn giản và là một ý tưởng đổi mới hoàn toàn.

Vào ngày 8/5/1873, Dewey đã đệ trình kế hoạch này lên Hội đồng Trường ĐH Amherst và được chấp thuận áp dụng ý tưởng của ông trong việc tổ chức sắp xếp và phân loại toàn bộ kho tư liệu, áp dụng mục lục chủ đề. Công trình của ông đã tạo ra một cuộc cách mạng trong Khoa học Thư viện và khởi động một thời đại mới của Ngành Thư viện. Melvil Dewey xứng đáng là cha đẻ của Ngành Thư viện hiện đại.

Sau khi tốt nghiệp đại học vào năm 1874, ông làm quản thủ thư viện ĐH Amherst trong hai năm. Năm 1876 hệ thống phân loại của ông lần đầu tiên được xuất bản với nhan đề là "Phân loại và chỉ mục đề mục cho công tác biên mục và sắp xếp sách của một thư viện" . Dó là một tập sách mỏng 42 trang được in 1.000 bản. Bảy năm tiếp theo ông đến sinh sống tại Boston, Massachusetts và đã tập trung sức lực và trí tuệ của mình vào việc chuyển đổi công tác thư viện từ một nghề đến một ngành hiện đại.

Từ năm 1883-1888 ông là quản thủ thư viện Viện ĐH Columbia, New York và tại đó ông đã xây dựng trường dạy nghiệp vụ thư viện đầu tiên ở Hoa kỳ (1/1/1887). Ông trở thành nhà tiên phong trong giáo dục thư viện. Khi ông chuyển đến thủ phủ Albany vào năm 1888 để đảm nhận chức giám đốc thư viện Bang New York, trường thư viện được tiếp tục hoạt động ở Albany với danh xưng là Trường Thư viện Bang New York (Trường được trở lại Viện ĐH Columbia vào năm 1926). Trong thời gian ở Albany, ông là thư ký Hội đồng quản trị ĐH Bang New York (1888-1906).

Ông là một người sáng lập Hội Thư viện Hoa kỳ (ALA) vào năm 1876. Hiện nay ALA là một Hội thư viện lớn nhất thế giới với 57.000 hội viên từ 93 quốc gia. Ông giữ chức thư ký đầu tiên của ALA từ 1876-1890 và chủ tịch trong các nhiệm kỳ 1890-1891 và 1892-1893. Ông cũng là một trong những người sáng lập và biên tập các tạp chí "Tạp chí Thư viện"  (1876-1881) và "Sổ tay Thư viện" (1886-1898). Ông là người thúc đẩy việc chuẩn hóa nghiệp vụ thư viện và đã thành lập một Văn phòng tư vấn về thư viện và sau này trở thành Cục Thư viện Hoa kỳ (1905).

Dewey là một nhà cải cách và là người truyền cảm hứng cho người khác làm công việc của mình. Vốn kiến thức và công trình của ông rất phong phú và đa dạng. Tuy nhiên, ông được mọi người biết đến chủ yếu là do Hệ thống phân loại thập phân mang tên ông. Ông mất do một cơn đột quị vào ngày 26/12/1931 tại Hồ Placid, Florida. Trong thời gian Dewey còn sống Hệ thống phân loại thập phân của ông được xuất bản 12 lần, trong đó ấn bản lần thứ hai (1885) là quan trọng nhất vì đã đặt nền móng cho việc thiết lập hình thức và chính sách cho 65 năm tiếp theo.

Lần xuất bản thứ 13 vào năm 1932 của Hệ thống phân loại thập phân lần đầu tiên mang tên ông, được xem là lần xuất bản tưởng niệm Dewey. Ần bản 16 được xuất bản năm 1958 bắt đầu có sự hỗ trợ của Thư viện quốc hội Hoa kỳ dưới sự lãnh đạo biên tập của Benjamin A. Custer. Ần bản 20 được xuất bản năm 1989 do biên tập chính là John P. Comaroni với 4 tập. Ần bản mới nhất là DDC 21 được xuất bản vào năm 1996 do biên tập chính là Joan S. Mitchell. Hiện nay DDC được xuất bản bởi Forest Press, trụ sở tại Albany, New York. Năm 1988, Forest Press trở thành một bộ phận của OCLC (Trung tâm Thư viện máy tính trực tuyến).