Soltanto l'anno successivo, al Gran Premio d'Italia la Toleman lo assunse per sostituire Ayrton Senna, sospeso dalla scuderia per un gran premio. Non riuscì a qualificarsi per la gara a causa di un problema alla turbina che lo penalizzò il venerdì e il sabato. A fine stagione venne contattato da Gian Carlo Minardi che aveva pianificato il debutto di una sua squadra nella massima serie per il 1985. Il pilota avrebbe dovuto essere Alessandro Nannini, ma gli venne rifiutata la superlicenza dalla FISA. Martini e Minardi si accordarono quindi per disputare la stagione successiva.