De jaren die volgden behoren tot de beste uit de carrière van Manuel Martínez. In 2002 werd hij op EK indoor in Wenen kampioen met een beste stoot van 21,26, een nationaal record, waarmee hij zijn naaste concurrent, de Deen Joachim Olsen, net drie centimeter voor wist te blijven. Later dat jaar, tijdens het baanseizoen, slaagde hij op de Europese kampioenschappen in München niet in om bij het kogelstoten datzelfde niveau te bereiken en bleef hij met 20,45 verwijderd van het erepodium.In 2003 was hij op de WK indoor in Birmingham echter weer niet te verslaan, al was hij met zijn winnende 21,24 dit keer slechts één centimeter beter dan John Godina (tweede met 21,23) en elf centimeter dan Joeri Bilonoh (derde met 21,13). Tijdens het buitenseizoen wist hij dit niveau vast te houden en won hij het kogelstoten bij de Europa Cup wedstrijd in Florence met 21,08, maar op de WK in Parijs had de Spanjaard een offday en kwam hij met 19,78 niet eens door de kwalificatie heen.