W 1970 roku Martens został powołany do kadry na mistrzostwa świata. Nie zagrał na nich ani razu, a Belgia odpadła z turnieju po fazie grupowej. 7 listopada 1971 w wygranym 1:0 towarzyskim meczu z Luksemburgiem Martens zadebiutował w reprezentacji Belgii. W 1972 roku znalazł się w kadrze na mistrzostwa Europy. Zagrał na nich w przegranym 1:2 meczu z RFN. Tamten turniej Belgia zakończyła na 3. miejscu. W 1980 roku Martensa powołano na mistrzostwa Europy. Nie rozegrał tam jednak żadnego spotkania, a Belgia zajęła 2. miejsce w turnieju. W latach 1971–1980 w drużynie narodowej Martens rozegrał w sumie 26 spotkań i zdobył 2 bramki.