Vladimír Martinec war fester Bestandteil der tschechoslowakischen Nationalmannschaft der 1970er Jahre. Er nahm an allen Weltmeisterschaften zwischen 1970 und 1979 teil und war auch 1981 wieder im Team. Er gewann drei Goldmedaillen bei Weltmeisterschaften (1972, 1976 und 1977) und wurde auch dreimal in das All-Star-Team berufen (1974, 1976 und 1977). Weitere Höhepunkte seiner Laufbahn waren die Teilnahmen an den Olympischen Winterspielen 1972, 1976 und 1980 und am Canada Cup 1976. In 289 Spielen für das Nationalteam erzielte er 155 Tore.