Il 10 febbraio del 2021 la MP Motorsport annuncia Martins come suo pilota per il Campionato FIA di Formula 3 2021 insieme a Caio Collet. Viene inoltre riammesso all'accademia Renault, rinominata per il 2021 Alpine Academy. Nei test pre-stagionali sul Circuito di Catalogna fa segnare il miglior tempo della prima giornata. Nel primo round a Barcellona dopo un nono posto in gara 1, conquista con un secondo posto il suo primo podio nella competizione. Nella prima gara al Paul Ricard conquista un altro secondo posto dietro a Aleksandr Smoljar. Dopo cinque gare fuori dalla zona punti, sul Circuito di Spa-Francorchamps riesce a ritrovare il podio con un secondo posto dietro a Jack Doohan.