Bei den Weltmeisterschaften 1967 holte Marmatow im Einzel über 20 Kilometer die Goldmedaille und mit der Staffel die Silbermedaille. Ein Jahr später gewann er bei den Olympischen Winterspielen 1968 in Grenoble die Staffelgoldmedaille. Auch bei den Weltmeisterschaften 1969, 1970 und 1971 war er mit der Staffel siegreich. Eine weitere Staffelgoldmedaille kam bei den Olympischen Winterspielen 1972 in Sapporo hinzu. Zwei Mal sicherte sich Mamatow die Sowjetische Meisterschaft, beide 1968 im Einzel und in der Staffel.