16 czerwca 2021 roku Martens została wybrana jako jedna z 18 zawodniczek pierwszej drużyny Holandii na Igrzyskach Olimpijskich 2020 roku, pierwszym w historii turnieju olimpijskim dla kobiet w Holandii. W pierwszym meczu fazy grupowej, Martens zdobyła swój 50. bramkę w drużynie narodowej przeciwko Zambii. Martens zdobyła kolejny punkt w tym meczu, a wynikiem końcowym była Zambia 3<unk>10 Holandia, najwyższy wynik w kobiecym meczu piłkarskim w historii olimpiady. W trzecim i ostatnim meczu fazy grupowej Holandii, Martens strzelił kolejne dwa bramki przeciwko Chinom, gdy Holendrzy awansowali do ćwierćfinału turnieju. Zagrały w finale Mistrzostw Świata 2019
Rywalizują ze Stanami Zjednoczonymi, gdzie Martens nie trafił kary w 81. minucie, a Holendrzy zostali pokonani po rozstrzelaniu kar po dodatkowym czasie.