16. júní 2021 var Martens nefnd sem einn af 18 leikmönnum Hollands í fyrsta liði á Ólympíuleikunum 2020, fyrsta Ólympíuleikakeppni kvenna í Hollandi. Í fyrsta leik í riðlakeppninni skoraði Martens sitt 50. mark fyrir landsliðið gegn Sambíu. Martens skoraði enn eitt í þessum leik og lokaniðurstaðan var Zambia 3<unk>10 Holland, sem er hæsta skora í kvenna fótbolta í sögu Ólympíuleikanna. Í þriðja og síðasta riðlakeppni Hollands í riðlakeppninni skoraði Martens tvö mörk gegn Kína þegar Hollendingar gengu í fjórðungsúrslitin í mótinu. Þau mættu úrslitaleiknum sínum í HM kvenna 2019
Martens missti af vítaspyrnu á 81. mínútu og Hollendingar voru sigraðir eftir vítaspyrnu eftir framlengingu.