2017 m. vasario 2 d. buvo paskelbta, kad Martínez pasirašė penkerių metų sutartį su St. Louis Cardinals, kurios vertė yra 51 milijonas dolerių. 2017 m. Balandžio 2 d. Martinezas pirmą kartą pradėjo savo karjerą, žaidžiant Pasaulio serijos čempioną
Čikagos "Cubs" stadione. Jis iškėlė 10 ir neleidė jokių vaikščiojimų ir šešių hitų per rungtynes. Jis negavo jokio sprendimo, kai Randalas Grichukas įveikė "Walk-Off" bazes, įkrautas vienintelį žaidimą devintosios dalies pabaigoje. Balandžio 15 dieną "Yankees" stadione Martínez išspyrė 11 kamuolių, o aštuonis iš jų iškovojo, tapdamas pirmuoju, kuris užfiksavo abu šiuos taškus toje pačioje rungtynėje nuo 1993 m. Martínezas baigė rungtynes, kai Niujorkas pralaimėjo 3:2. Birželio 10 d. Martinezas iškovojo savo pirmąją karjeros žaidimą ir iškovojo, kai Cardinals nugalėjo Filadelfijos Phillies 7<unk>0.