Den 26. august 2015 ble Martial for første gang innkalt til Frankrikes seniorlandslag, for vennskapskamper mot og den påfølgende måneden. Han debuterte i den første kampen den 4. september på Lisboas Estádio José Alvalade, der han erstattet Karim Benzema de siste 16 minuttene av en 1–0-seier. Den 11. oktober gjorde Martial sin første start for i en 2–1-seier mot på Parken Stadium, København, og assisterte på det første målet ved Olivier Giroud.