Jabarkan Kerjaya antarabangsa dari Javi Martínez dalam bahasa melayu

Pada 20 Mei 2010, beliau termasuk dalam senarai 23 pemain Sepanyol yang beraksi di Piala Dunia FIFA 2010 di Afrika Selatan oleh pengurus Vicente del Bosque. Pada 29 Mei, beliau membuat debut untuk Sepanyol pada perlawanan persahabatan menentang Arab Saudi di Innsbruck, Sepanyol menang 3-2.

Martínez menggantikan Xabi Alonso yang tercedera pada minit ke-20 pada peringkat kumpulan Piala Dunia FIFA 2010, menang 2-1 ke atas Chile pada 25 Jun.

Martínez hanya bermain satu perlawanan pada UEFA Euro 2012 di mana Sepanyol menang. Beliau bermain ketika menentang Republik Ireland pada peringkat kumpulan, menang 4-0.

Martínez termasuk dalam senarai akhir 23 pemain yang mengambil bahagian di Piala Dunia  FIFA 2014 di Brazil. Beliau bermain pada kejohanan itu ketika menentang Chile pada peringkat kumpulan menggantikan tempat Gerard Piqué dan tewas 2-0. Pasukan juara dunia itu tersingkir selepas dua kali kalah berturut-turut.