Chelchi jugó su primer mundial en Gales 1999, donde Argentina inauguró el mundial ante Gales, siendo derrotado 23-18. Argentina saldría calificado mejor tercero en la fase de grupos, superando por primera vez dicha etapa y debería jugar un play-off contra Irlanda para clasificar a Cuartos de final, Los pumas triunfarían 24-28 y luego serían eliminados del mundial por Les Blues. Cuatro años más tarde, llegó Australia 2003 donde los Pumas no pudieron vencer al "XV del trébol" en un duelo clave por la clasificación a Cuartos de final. Participó del histórico Mundial de Francia 2007, en el cual Argentina venció a Francia en la inauguración del torneo, Georgia, Namibia e Irlanda para ganar su grupo. En Cuartos de final vencerían a Escocia para hacer historia y llegar por primera vez a Semifinales donde enfrentaron a los eventuales campeones mundiales, los Springboks, siendo la única derrota en el torneo. Argentina enfrentó nuevamente a Les Blues por el tercer lugar del Mundial, una vez más Los Pumas triunfaron 10-34. Finalmente Martín se retiraría del seleccionado en Nueva Zelanda 2011, Argentina empezaría el mundial cayendo ante el XV de la rosa 13-9, pero ganaría sus otros tres partidos de grupo ante Rumania, Escocia (en una victoria agónica por 13-12) y Georgia para clasificar a Cuartos donde enfrentaría a los eventuales campeones del mundo, los All Blacks, en un partido memorable Los Pumas serían derrotados 33-10.