Nel 2021 viene convocato per la Copa América in Brasile. Dopo due partite da titolare ma senza gol con Cile (1-1) e Uruguay (1-0), va a segno da subentrante contro la Bolivia (4-1). Si ripete con l'Ecuador nei quarti di finale (3-0) e con la Colombia nelle semifinali (4-3 dopo i tiri di rigore), contribuendo a far raggiungere la finale alla sua nazionale. Nell'atto conclusivo, giocato da titolare, l'Argentina batte il Brasile per 1-0 e Martínez può festeggiare la vittoria del primo successo internazionale.