Martti oli aloittanut vuonna 1916 18-ikäisenä hiihto- ja juoksu-urheilun. Kilpailemisen hän aloitti vasta vuonna 1926, jolloin oli osallistunut mm. Lohjalla 25 000 m. juoksuun, jossa sijoittui 3. Samana vuonna hän voitti 25 000 m, että vuoden 1927 maratonin Suomen mestaruudet.
Amsterdamin kisoissa vuonna 1928, Marttelin oli johtanut maratonia vielä muutama kilometri ennen maalia, jolloin hänelle oli tarjoiltu itselleen sopimatonta juotavaa. Vatsavaivojen takia hän joutui päästämään kaksi kilpakumppania ohitseen ja jäi pronssille.
Olympialaiset olivat kuitenkin menestys, jonka jälkeen hän teki myös 25 000 m maailmanennätyksen. 30-vuotiaana, vuodet 1928-29 olivat hänen parasta aikaansa juoksijana. Nummen maantieharjoituksiin olivat antaneet vaihtelua mm. hammaslääkäriin tehty juoksulenkki Lohjalle. Marttelinin erikoisuuksiin kuului juokseminen hevosensa kanssa. Oikea ote valjaista viritti ”ystävän” kirmaisevaan vauhtiin Nummen maanteillä. Marttelin ei voittanut koskaan Paavo Nurmea, sillä he eivät kohdanneet täysmaratonilla, jossa Martti koki olevansa parhaimmillaan. Martti oli voimakasrakenteinen 176 cm. ja painoi 66 kg.
Viipurin kilpailuissa hän oli voittanut palkinnoksi seinäkellon, jonka kanssa hän yritti juoksemalla ehtiä junaan. Poliisit pysäyttivät oudon kellojuoksijan ja veivät poliisikammarille, jossa asia selvisi. Poliisit lupasivat viedä hänet junalle, mutta ei se auttanut enää, kun juna oli jo mennyt. Marttelin oli kotipitäjässä keskeinen henkilö urheiluharrastuksissaan ja oli Nummen Kipinän riveissä nuorison ihanne. Martti Marttelin kaatui talvisodassa Taipaleenjoella, vain pari viikkoa ennen sodan loppua. Marttelin ehti toimia myös Erkki Tamilan valmentajana.
Marttelin palautettiin suuren yleisön tietoisuuteen vuonna 1997, jolloin oli tullut 100 vuotta hänen syntymästään. Marttelin tytär Eira Sundvall kertoi isänsä olleen hyvin vaatimattoman ja hiljaisen miehen. Urheilun Pikkujättiläinen vuodelta 1945 arvioi Marttelin, Hyrsylän maanviljelijän, Suomen historian varmakuntoisimmaksi ja luotettavimmaksi maratoonariksi.