Zur &lt;a href="Serie%20A%202018/19"&gt;Saison 2018/19&lt;/a&gt; wechselte Martínez zum italienischen Erstligisten Inter Mailand. Sein Vertrag läuft bis 2023. In seiner ersten Saison im Inter-Trikot kam er unter dem Cheftrainer Luciano Spalletti zu 27 Ligaeinsätzen (13-mal von Beginn), in denen er 6 Tore erzielte. In der &lt;a href="Serie%20A%202019/20"&gt;Saison 2019/20&lt;/a&gt; gelang dem 22-jährigen Martínez unter dem neuen Cheftrainer Antonio Conte der Durchbruch in Europa. Er kam meist gemeinsam mit dem Neuzugang Romelu Lukaku im Sturm zum Einsatz und erzielte in 35 Ligaspielen (29-mal von Beginn) 14 Tore. Inter wurde mit 82 Punkten einen Punkt hinter Juventus Turin Vizemeister, was die beste Platzierung seit 2011 sowie die beste Punktausbeute seit der Meisterschaft 2010 (ebenfalls 82) bedeutete. In der Champions League schied die Mannschaft allerdings in einer Gruppe mit dem FC Barcelona, Borussia Dortmund und Slavia Prag als Drittplatzierter aus, wobei Martínez in 6 Einsätzen 5 Tore erzielte. In der K.-o.-Phase spielte Inter somit in der Europa League weiter. Diese musste aufgrund der COVID-19-Pandemie ab dem Viertelfinale in einem Finalturnier beendet werden. Inter spielte zudem auch das Achtelfinale gegen den FC Getafe in einer einfachen Runde. Im Halbfinale erzielte Martínez beim 5:0-Sieg gegen Schachtar Donezk einen Doppelpack.