2016 holte Martinot-Lagarde bei den Hallenweltmeisterschaften in Portland wie schon zwei Jahre zuvor in Sopot erneut die Silbermedaille. Dabei musste er sich nur dem späteren Olympiasieger Omar McLeod aus Jamaika geschlagen geben. In der Freiluftsaison produzierte er wechselhafte Ergebnisse. Nach einem sechsten Platz beim Prefontaine Classic gelang ihm bei der Golden Gala in Rom als Zweiter wieder eine Podestplatzierung. Bei den französischen Meisterschaften in Angers wiederum erreichte er nach einem Fehler an der siebten Hürde lediglich einen enttäuschenden sechsten Platz. Seine Saisonbestleistung erzielte er mit 13,17 Sekunden als Drittplatzierter beim Herculis. Bei den Olympischen Spielen in Rio de Janeiro belegte er in 13,29 Sekunden den vierten Rang.