W sezonie 2017/2018 największym sukcesem O’Donnella było dotarcie do trzeciej rundy International Championship, w której po wyrównanej walce uległ Markowi Allenowi 6–5, oraz osiągnięcie półfinału turnieju Shoot Out, w którym uległ 53–5 Michaelowi Georgiou. Był to pierwszy pełno-rankingowy turniej, w którym Martin dotarł dalej niż do ćwierćfinału.
W sezonie 2018/2019 Martin O’Donnell trzykrotnie dotarł do ćwierćfinałów: China Championship, gdzie uległ Lü Haotianowi 5–1, International Championship, gdzie został pokonany przez Matthew Stevensa 6–5, oraz UK Championship, w którym 6–1 pokonał go Ronnie O’Sullivan.
Sezon 2019/2020 znów nie był najlepszy dla O’Donnella – najdalej znalazł się w trzeciej rundzie UK Championship, Welsh Open i Gibraltar Open. Mimo to, sezon zakończył na 34 miejscu w rankingu, a w lutym 2020 osiągnął dotychczasowe maksimum - 33 miejsce.