Martens nahm an der Weltmeisterschaft 1970 in Mexiko teil und schied dort mit dem Team in der Vorrunde aus. Bei der Europameisterschaft 1972 im eigenen Land wurde er mit Belgien Dritter. Acht Jahre später, bei der EM 1980 in Italien, konnte er mit den Belgiern in das Finale einziehen, wo man gegen Deutschland mit 1:2 verlor. Martens konnte sich damit Vizeeuropameister nennen.