พล.ต.อ.มนต์ชัยเคยรับราชการเป็นผู้บัญชาการตำรวจนครบาลและรับพระราชทานยศ พลตำรวจโท ก่อนจะได้เลื่อนขึ้นเป็นรองอธิบดีกรมตำรวจ เมื่อวันที่ 24 มิถุนายน พ.ศ. 2518 [1] ในสมัย พลตำรวจเอกพจน์ เภกะนันทน์ ต่อมาเมื่อพลตำรวจเอกศรีสุขถูกโยกย้ายไปเป็นรองปลัด กระทรวงมหาดไทย พลตำรวจโทมนต์ชัยจึงได้รับโปรดเกล้าให้ดำรงตำแหน่งอธิบดีกรมตำรวจแทนเมื่อวันที่ 8 พฤศจิกายน พ.ศ. 2519 [2] พร้อมกับรับพระราชทานยศ พลตำรวจเอก ในวันเดียวกัน [3] ก่อนจะเกษียณอายุราชการในปี 2524 ตำแหน่งก่อนเกษียณอายุราชการคือ ข้าราชการพลเรือนสามัญระดับ 11 สำนักเลขาธิการนายกรัฐมนตรี สำนักนายกรัฐมนตรี[4] ซึ่งพล.ต.อ.มนต์ชัย รับราชการในตำแหน่งดังกล่าวระหว่างวันที่ 11-19 พฤษภาคม พ.ศ. 2524 โดยมีพลตำรวจโท สุรพล จุลละพราหมณ์ รองอธิบดีกรมตำรวจขึ้นดำรงตำแหน่งแทน