16. kesäkuuta 2021 Martens nimitettiin yhdeksi Alankomaiden 18 ensimmäisen joukkueen pelaajista vuoden 2020 olympialaisissa, Alankomaiden naisten ensimmäisessä olympialaisissa. Ryhmävaiheen ensimmäisessä ottelussa Martens teki 50. maajoukkueensa maalin Sambiaa vastaan. Martens teki toisen maalin siinä ottelussa, ja lopputulos oli Zambian 3:10 Alankomaat, joka on korkein naisten jalkapallo-ottelu olympialaisten historiassa. Alankomaiden kolmannessa ja viimeisessä ryhmävaiheen ottelussa Martens teki kaksi maalia Kiinaa vastaan, kun hollantilaiset pääsivät turnauksen neljännesfinaaliin. He kohtaavat vuoden 2019 naisten MM-finaalin
Martens ei saanut rangaistusta 81. minuutilla, ja hollantilaiset hävisivät rangaistusottelussa lisäajan jälkeen.