7 березня 1954 року дебютував в офіційних матчах у складі національної збірної Парагваю в кваліфікації до чемпіонату світу 1954 року проти Бразилії (0:1). Наступного року він брав участь з командою у чемпіонаті Південної Америки, що проходив у Чилі. Парагвай фінішував 5-м, а Мартінес зіграв у всіх 5 іграх — проти Аргентини (забив гол), Уругваю, Еквадору, Чилі та Перу. Гра проти Перу, що відбулась 23 березня 1955 року, стала останньою для Мартінеса за збірну, оскільки після переїзду до Іспанії він перестав до неї викликатись.