Martínez debütierte am 29. November 1992 bei der 0:1-Niederlage im Freundschaftsländerspiel gegen die polnische Auswahl in der uruguayischen A-Nationalmannschaft, als ihn Trainer Luis Alberto Cubilla in die Startelf beorderte. Erst am 19. Oktober 1994 bestritt er sodann beim Debüt des Nationaltrainers Héctor Núñez sein zweites Länderspiel im Rahmen der Copa Parra del Riego gegen Peru. Wiederum zweieinhalb Jahre dauerte es, bis der nun für die uruguayische Nationalelf verantwortliche Juan Ahuntchaín am 2. April 1997 im WM-Qualifikationsspiel gegen Venezuela auf Martínez' Dienste zurückgriff. Danach wurde er erst wieder von Víctor Púa für die Copa América 2001 berücksichtigt. Bei diesem Turnier lief er fünfmal im Nationaltrikot auf. Sein letzter Einsatz für die Nationalmannschaft datiert vom 29. Juli 2001 beim dortigen Spiel um Platz 3 gegen Honduras. Insgesamt absolvierte er acht Länderspiele und schoss ein Tor.