Elokuussa 2014 Martinosta tuli tuoreen MM-hopeamitalistin, Argentiinan maajoukkueen päävalmentaja. Martinon johdolla Argentiina eteni vuoden 2015 Copa Américassa loppuotteluun, mutta hävisi mestaruuden Chilelle rangaistuspotkukilpailuissa. Vuoden 2016 Copa América Centenariossa Argentiina eteni jälleen loppuotteluun, mutta toistamiseen se taipui Chilelle rangaistuspotkuilla. Finaalitappio oli Argentiinan neljäs 2000-luvun Copa Américan finaaleissa. Turnauksen jälkeen Martino ilmoitti eroavansa tehtävistään.