[2]​ De regreso a Buenos Aires completó sus estudios, doctorándose en jurisprudencia en 1870, con una tesis sobre el Gobierno federal.

[2]​ Durante su gestión tuvo lugar la epidemia de fiebre amarilla, que costó la vida a 2000 personas.

[2]​ Regresó a su provincia durante la gobernación de Juan Vicente Pampín y fue elegido nuevamente diputado provincial.

Fue uno de los dirigentes más activos en las elecciones dobles, que dieron el gobierno simultáneamente a Manuel Derqui y Felipe Cabral.

El interventor federal nombrado por el presidente Nicolás Avellaneda ayudó a los liberales, que terminaron por ocupar la capital y el presidente de la legislatura liberal, Nicolás Ferré, asumió el gobierno.

Avellaneda decretó la intervención federal de la provincia y el interventor federal Miguel Goyena ocupó la capital el 16 de julio, mientras el general Juan Ayala atacaba Curuzú Cuatiá desde Concordia.

[7]​ Martínez se retiró entonces hacia el noreste de la provincia, bordeando los Esteros del Iberá.

Este segundo mandato estuvo signado por la división dentro del Partido Liberal, que facilitó la acción opositora en la legislatura; fue sometido a juicio político.