Han ble i 649 valgt til pave etter Teodor I. Ved sin utnevnelse 21. juli var Martin pavelig sendebud i Konstantinopel, med oppdrag å ordne med avsettelsen av patriarken der etter den kanoniske rett. Etter at han var blitt valgt til pave lot han seg konsekrere uten å innvente godkjennelse av sin elevasjon fra det bysantinske rikes keiser, selv om dette var normen. Kirken i Roma og kirken i Konstantinopel befant seg i krise på grunn av den monoteletiske strid.