Martino, se voit, en 1947, confier les fonctions de sous-secrétaire à la Présidence du Conseil au sein du IV gouvernement présidé par De Gasperi. En cette qualité, il est chargé de l'assistance aux anciens résistants et de la gestion de l'Institut pour la Reconstruction industrielle (IRI) jusqu'en 1953.
Dés cette époque, il partage les idées et la volonté d'action du Président du Conseil en faveur de l'unification de l'Europe.
Il exerce ensuite les fonctions de sous-secrétaire au ministère de la Défense au sein du VII cabinet De Gasperi, des gouvernements Pella, des I et II gouvernements Fanfani, du II gouvernement Segni, puis celles de sous-secrétaire aux Affaires étrangères dans le IV cabinet Fanfani.