لعب مارتينيز مع منتخب الأرجنتين تحت 21 سنة في بطولة 2012 للشباب، وكأس سلطان جوهور 2013 وكأس العالم للشباب 2013 قبل أن يقدم أول مباراة له مع الفريق الرئيسي في 2014 في دورة الألعاب الجنوب أمريكية 2014. فاز بالميدالية الذهبية في تلك البطولة وسجل أربعة أهداف. كان ايضا جزء من المنتخب الأرجنتيني الذي فاز بالميدالية البرونزية في كأس العالم 2014.
الذي كان أول كأس العالم له. في عام 2018 تم اختياره لكأس العالم 2018، حيث سجل هدفين في أربع مباريات. في يوليو 2019، تم اختياره في تشكيلة الأرجنتين لألعاب بان أمريكا 2019. فازوا بالميدالية الذهبية بعد هزيمتهم على كندا 5×2 في النهائي.