9 апреля 1940 года Германия без боя заняла Данию, и уже 26 апреля Мартинсен вступил в национал-социалистическую рабочую партию Дании и принял участие в нескольких демонстрациях, что поставило крест на его карьере в датской армии. В знак протеста Мартинсен ушёл из армии и вступил в ряды Ваффен-СС, где командовал 2-й ротой Добровольческого корпуса СС «Данмарк», которым руководил Кристиан Крюссинг, а также 4-й ротой того же корпуса при командире Христиане фон Шальбурге. Некоторое время он был фактическим командиром корпуса, ещё до назначения Шальбурга и после ухода Крюссинга.