Nel 2008 Martinez divenne l'assistente allenatore dei Tampa Bay Rays, ruolo che mantenne fino al 2014. Nel 2015 venne assunto come assistente allenatore dei Chicago Cubs con cui vinse nel 2016 le World Series. Dopo aver trascorso anche la stagione 2017 con i Cubs, nel 2018 Martinez venne ingaggiato, questa volta nel ruolo di allenatore, dai Washington Nationals. Nella stagione 2019 portò la squadra alla conquista delle World Series, le prime della franchigia dalla sua fondazione.