Comme parlementaire et membre du gouvernement, Martino suit avec une attention toute particulière les dossiers européens et milite en faveur de l'unification du continent.
A la Chambre des Députés, il est plusieurs fois chargé de rapporter sur les budgets de la défense et des Affaires étrangères et sur d'importants projets de loi.
Il est également rapporteur pour la ratification des Traités de Rome instituant la Communauté économique européenne (Traités CEE et CEEA du 25 mars 1957) et plus tard, pour celle du Traité de Bruxelles ayant trait à la fusion des Exécutifs communautaires. En automne 1957, il est désigné comme membre de la délégation italienne à l'Assemblée générale de l'ONU.
En 1952, le Président de la République Luigi Einaudi le nomme secrétaire du Conseil suprême de la Défense, fonctions qu'il conservera jusqu'en 1985 sous les présidences Gronchi, Segni, Saragat, Leone et Pertini.