Som utenriksminister var Martino vert ved Kull- og stålunionens utenriksministerkonferanse i Messina fra 1.-3. juni 1955. Han gikk under konferansen sterkt inn for europeisk integrasjon og ønsket at konferansen skulle legge en «grunnsten for byggingen av Europa». To år senere ledet Martino den italienske delegasjon som undertegnet Roma-traktaten. Han var i 1956 den første italienske utenriksminister som talte i FNs generalforsamling.