Utilisé comme frappeur désigné alors que le receveur Alex Avila est derrière le marbre, Martinez présente en 2011 la moyenne au bâton (,330) de la Ligue américaine. Il se classe aussi dans le top 10 pour les points produits (103) et la moyenne de présence sur les buts (,380). Pour la de sa carrière, il reçoit des votes pour le titre de joueur par excellence de la saison mais prend le du scrutin, loin derrière son coéquipier Justin Verlander, à qui l'on remet le prix. Il frappe deux circuits et produit cinq points en 11 parties de séries éliminatoires avec les Tigers de 2011. Le 6 octobre, il fait marquer le des Tigers dans la victoire de 3-2 qui leur permet d'éliminer les Yankees de New York au Yankee Stadium dans le dernier match de Série de divisions. Il dispute les six parties de la Série de championnat de la Ligue américaine contre les Rangers du Texas malgré une blessure aux muscles intercostaux.