Em 2008, em sua segunda aparição olímpica, nos Jogos Olímpicos de Pequim, Rafael ao lado de Manuel Carballo, Iván San Miguel, Gervasio Deferr, Sergio Munõz e Isaac Botella, conquistou a 11ª colocação na prova coletiva. Classificado para a final do concurso geral, terminou na décima colocação, em prova vencida pelo chinês Yang Wei. No ano posterior, disputando o Mundial de Londres, Martinez só terminou na décima colocação na classificatória dos exercícios de solo.