О его творческой зрелости свидетельствуют надгробия, которые по праву считаются едва ли не лучшими образцами русского мемориального искусства нового времени. Варьируя композиции (в разнообразных сочетаниях аллегорий и эмблем печали и смерти либо аллегорий и портретов), Мартос создал в этом жанре образы, выразившие чувство светлой элегической грусти. Таковы надгробия (преимущественно мраморные) С.С.Волконской (1782, Третьяковская галерея), М.П.Собакиной (1782, Донской монастырь, Москва), П.А.Брюс (1786–1790, там же), Н.И.Панина (1788), Е.С.Куракиной (1792), Е.И.Гагариной (бронза, 1803, все – в Музее городской скульптуры, Петербург), Павлу I (1807, Павловск). Мастер исполнил также, преимущественно в 1800-е годы, немало монументально-декоративных работ (пластическое убранство «Зеленой столовой» Екатерининского дворца в Царском селе, Тронного зала Павловского дворца и др.; особого упоминания заслуживает рельеф Источение Моисеем воды в пустыне на аттике Казанского собора (известняк, 1804–1807), а также ряд садовых скульптур (Памятник родителям в Павловском парке, мрамор, после 1798; статуя Актеон для фонтанов Петергофа, золоченая бронза, 1801).

Известнейшим городским монументом Мартоса является знаменитый памятник К.Минину и Д.Пожарскому на Красной площади в Москве (1804–1818). Монументальная поэтика гражданской доблести выражена здесь мощным языком жестов и поз двух главных героев; более скромные по масштабу рельефы на пьедестале (на лицевом рельефе среди нижегородцев, приносящих дары на алтарь отечества, художник изобразил и себя с двумя сыновьями) эмоционально дополняют основную тему. В композиционно-сюжетном отношении памятник увязан со своим историческим окружением (первоначально он стоял напротив кремлевской стены). Если надгробия Мартоса по-своему предромантичны, то здесь его классицизм выступает в кристально-чистом виде. Из поздних его работ наиболее значительны памятник губернатору Э.Ришелье в Одессе (1823–1828) – эффектно поставленный над спуском к морю, и памятник М.В.Ломоносову в Архангельске (1826–1829, установлен в 1832; все три работы – бронза, гранит). Большой вклад в искусство Мартос внес и как педагог, будучи профессором (с 1794) и ректором (с 1814) Академии художеств.

Умер Мартос в Петербурге 5 (17) апреля 1835.