En 1583, Don Martín monte en grade pour commander la flotte qui garde la côte atlantique, pendant que le commandant en chef assure la sécurité des Açores. En 1587, il joue un rôle important dans la planification, l'organisation et la direction de l'Invincible Armada. Durant la campagne elle-même, il commande l'escadron du Levant, une force composée d'immenses navires de charge méditerranéens transportant des troupes et du matériel pour la campagne projetée en Angleterre; son navire amiral, "La Regazona", est le plus gros navire de la campagne, mais il est armé de manière légère et est mieux adapté pour une action d'embarquement à courte portée.