Nadat Pep Guardiola in juli 2013 werd aangesteld als nieuwe coach, werd Martínez' inbreng bij Bayern München een aantal jaren minder. Nadat hij achttien competitiewedstrijden speelde in het seizoen 2013/14, liep hij op 13 augustus 2014 tijdens de DFL-Supercup 2014 een knieblessure op. Die kostte hem vrijwel heel het seizoen 2014/15. Hij keerde in september 2015 terug op het veld, waarna hij in het seizoen 2015/16 zestien competitiewedstrijden in actie kwam. Vanaf het moment dat Carlo Ancelotti in juli 2016 Guardiola opvolgde als Bayern-coach, werd de rol van Martínez in het team weer groter.