Durante los siguientes quince años, Martínez trabajó con Charlie Parker, Duke Ellington, Count Basie, J.J.

Johnson, Horace Silver, Thelonious Monk, Charles Mingus, Mary Lou Williams, Lionel Hampton, Noro Morales, los Lecuona Cuban Boys, Miguelito Valdés, Tito Rodríguez y Joe Loco.

[2]​ Su primer disco, lo grabó con Art Blakey, en 1953, participando también en sus Orgy in Rhythm y Holiday for Skins, en 1957–58.

Martínez organizó su propia big band en 1957, grabando su disco de debut como líder, Palo Congo, para Blue Note.

Martínez se trasladó a Suecia en 1967, grabando dos discos con la Francy Boland-Kenny Clarke Big Band.