באוקטובר 1972 גויס לשירות חובה בצה"ל, והיה נחוש להתגייס לחטיבת הצנחנים, זאת בניגוד למקובל בעדה הדרוזית, שבניה נהגו להתגייס ליחידת המיעוטים. בסיוע שר הביטחון באותה תקופה, משה דיין, והרמטכ"ל, דוד אלעזר, הגשים את משאלתו. מרעי שובץ בגדוד 202. בצנחנים עבר מסלול הכשרה כלוחם וקורס מ"כים חי"ר. במהלך מסלול ההכשרה פרצה מלחמת יום הכיפורים, ומרעי יצא להילחם עם גדודו בחצי האי סיני.

עם סיום המסלול יצא לקורס קציני חי"ר, שלאחריו שובץ בגדוד חרב, שנקרא עד אז בשם "יחידת המיעוטים". נביה היה הוגה הרעיון להחליף את שם הגדוד ל"חרב" על מנת להעלות את גאוות היחידה, ולתרום להעלאת המוטיבציה בקרב הדרוזים להתגייס לצה"ל. במסגרת הגדוד שירת בתפקידים שונים ביניהם מפקד מחלקה, סגן מפקד גדוד, וקצין המבצעים של הגדוד.

מרעי נכנס לשירות קבע באוקטובר 1975, והחל מאוקטובר 1976 שימש כמפקד פלוגה בבית הספר לחי"ר. כשנתיים מאוחר יותר עבר לבית הספר לקצינים, ובין השנים 1978–1980 שימש כמפקד פלוגה בדרגת סרן בגדוד 932 של חטיבת הנח"ל במשימות ביטחון שוטף לאורך הגבול עם ירדן (בגזרה ממושב מחולה בצפון ועד ים המלח בדרום). באותה תקופה נישא לבחירת ליבו, שרחה, ובשנת 1978 נולדה בתם היחידה – מנאל.

בהמשך מילא מרעי מספר תפקידים קרביים בצה"ל, ביניהם מפקד גדוד חרב וסגן מפקד חטיבת גבעתי. ב-1989 קודם לדרגת אלוף-משנה. בינואר 1990 נהרג אל"ם יצחק רחימוב, שהיה מפקד החטיבה המערבית ביחידת הקישור ללבנון, ומרעי נקרא למלא את מקומו. בהמשך שירת כמפקד חטיבת הערבה, סיים לימודים במכללה לביטחון לאומי ותואר שני במדעי המדינה וביטחון לאומי.

הנצחה

• לזכרו של מרעי הוקם על גבעת נזמית מצפור של קק"ל. אל נקודת התצפית ניתן להגיע בדרך עפר היוצאת מכביש 232, כקילומטר מערבה מהכניסה לקיבוץ מפלסים. המצפה צופה אל רצועת עזה, והוא שימש את אמצעי התקשורת בעת מבצע עופרת יצוקה (הוא סגור לביקור בגלל סכנת צליפה).
• ביער "יד מרדכי" בסמוך לכביש 3411 הוקם "חניון נביה מרעי" בו מתקיימת מדי שנה אזכרה לזכרו בהשתתפות חיילי וקציני החטיבה הצפונית של אוגדת עזה בה ניטעים עצים במקום. בביתו הוקם חדר הנצחה לזכרו, הכולל תערוכה וסרט לזכרו.
• ביישוב שערי תקווה שבשומרון המערבי הוקם לזכרו של מרעי מרכז תרבות ספורט וחוגים המשמש לרווחת תושבי היישוב.
• גשר אלקוש על נחל כזיב הסמוך לחורפיש, כפר הולדתו, נקרא על שמו של מרעי.
• בערב חנוכה תשנ"ז (דצמבר 1996) קראו בקיבוץ לוחמי הגטאות למירוץ הלפיד על שמו. הוא מתקיים כבר 25 שנה בהשתתפות משפחת מרע