W sezonie 2011/2012 doszedł z zespołem do finału Ligi Europy, w którym Athletic przegrał 0:3 z Atlético Madryt. Martínez całe to spotkanie rozegrał na pozycji środkowego obrońcy. 25 maja zagrał także z Athletikiem w finale Pucharu Króla, w którym Baskowie ponownie ulegli Barcelonie. Tym razem przegrali 0:3, a Martínez rozegrał cały mecz.
Bayern Monachium 29 sierpnia 2012 roku oficjalnie stał się piłkarzem Bayernu Monachium. Kwota wydana przez monachijczyków to 42 mln euro, co było wówczas rekordem transferowym w 1. Bundeslidze. Początkowo przegrywał walkę z Bastianem Schweinsteigerem i Luizem Gustavo, jednak trener Jupp Heynckes szybko się do niego przekonał i Javi zajął miejsce u boku właśnie Schweinsteigera. W Lidze Mistrzów po raz pierwszy zagrał z Valencią, w 69. minucie został zmieniony przez Luiza Gustavo. W 13. kolejce w spotkaniu z Hannoverem, wygranym przez Bayern 5:0 Javi otworzył wynik w 3. minucie.
Kariera reprezentacyjna Martínez wraz z reprezentacją Hiszpanii do lat 21 występował na Mistrzostwach Europy w 2009 roku, gdzie jego zespół nie potrafił wyjść z grupy.