מרטינס נכלל בסגל של נבחרת ספרד הבוגרת ליורו 2012 על ידי מאמנו ויסנטה דל בוסקה, וגם בטורניר זה ערך הופעה אחת בלבד כמחליף, בניצחון 0–4 על נבחרת אירלנד בשלב הבתים. מרטינס הושווה על ידי דל בוסקה במהלך הטורניר לפטריק ויירה, ותואר על ידו כשחקן המושלם. מרטינס וספרד זכו גם בטורניר זה, שהשלים שלוש זכיות רצופות של נבחרת ספרד בטורנירים גדולים. באותו קיץ, השתתף מרטינס עם נבחרת ספרד האולימפית באולימפיאדת לונדון, ושימש קפטן בטורניר האולימפי. ספרד ומרטינס נחלו אכזבה כשסיימו את השלב הבתים במקום האחרון, על אף שהגיעו לאולימפיאדה עם סגל חזק יחסית. בשנת 2013 השתתף מרטינס עם נבחרת ספרד בגביע הקונפדרציות 2013, בו סיימה ספרד במקום השני לאחר הפסד 0–3 בגמר לנבחרת ברזיל. מרטינס שיחק בטורניר זה מספר משחקים כמחליף, ולא שותף בגמר.