Den 1. juli 1997 gikk han inn i Den hellige stols diplomatiske tjeneste. Ortega Martíns tidlige posteringer var til Nicaragua, Sør-Afrika, Libanon og ved Statssekretariatet for Den hellige stol. I 2007 ble han direktør i statssekretariatet for Nord-Afrika og den arabiske halvøy. I statssekretariatets seksjon om forholdet til stater koordinerte han blant annet forhandlinger med Israel og palestinerne.