I 2010 forbedret han den franske juniorrekorden på 60 meter hekk innendørs til 7,66, en rekord som Ladji Doucoure hadde tidligere med 7,68. Han forsvarte førsteplassen sin i det franske juniormesterskapet på 60 meter hekk innendørs, og utendørs satte han ny fransk juniorrekord på 110 meter hekk, med 13,74 (1,06 meter hekker). Senere på året satte han også fransk juniorrekord med 99 cm hekker, med tiden 13,37. I juli vant han gull på 110 meter hekk ved junior-VM i friidrett 2010 i Moncton i Canada, foran Vladimir Vukicevic og Jack Meredith. Martinot-Lagarde innrømte etter løpet at det hadde vært kontakt mellom ham og Caleb Cross over den niende hekken, i kampen om pallen. Cross ledet løpet, men fikk problemer over siste hekk på grunn av dette, og endte på fjerdeplass.