Ia berhasil menjawab kepercayaan Maradona dengan membuat 1 gol pada fase grup piala dunia 2010 kontra Yunani, dan namanya pun masuk dalam catatan sejarah sebagai pencetak gol tertua sepanjang sejarah gelaran piala dunia FIFA.
Bahkan, golnya ke gawang Yunani menjadi satu-satunya gol di piala dunia, sekaligus melampaui torehan Maradona di piala dunia sebagai pencetak gol tertua di turnamen piala dunia.
Untuk timnas Argentina, ia hanya tampil bersama Argentina sebanyak 15 kali dengan torehan 9 gol. Ini merupakan pencapaian yang tidak begitu Istimewa seorang Palermo di timnas Argentina. Bahkan, penampilan bersama Argentina tidak sementereng eks penyerang Barcelona Javier Saviola, yang mencatatkan 39 penampilan dan 11 gol.
Perjalanan Martin Palermo di timnas Argentina, sama seperti kiprahnya di Eropa. Ia pernah diboyong ke Spanyol oleh Villareal pada tahun 2001 untuk berlaga di kasta tertinggi sepak bola Spanyol.
Namun, sayangnya, penampilan memukau bersama Boca Juniors tidak dapat dimunculkan kala ia berseragam klub berjuluk Kapal Selam Kuning di Liga Spanyol, dari total 70 penampilannya, ia hanya bikin 18 gol.
Penampilan kurang memuaskan selama 2 tahun di Villareal, Martin Palermo pun dijual ke Real Betis, namun ia hanya setahun kiprah di Real Betis, kemudian pindah dan bergabung bersama Alaves.
Di Alaves, Martin Palermo hanya bermain selama setengah kompetisi, dan memilih kembali ke klub asalnya Boca Juniors pada tahun 2004.
Saat kembali ke kota Buenos Aires Argentina bersama Boca Juniors, Martin Palermo tampil kesetanan, ia kembali menemukan ketajamannya, hingga mencatatkan sejarah di Boca Junior sebagai legenda Boca Junior, lantaran sebagai satu-satunya striker tersubur Boca Juniors sepanjang sejarah klub.
Sejak kembali berseragam Boca Juniors pada paruh musim 2004 hingga 2011, dan di akhir kompetisi devisi utama Argentina pada 2011, ia akhirnya resmi gantung sepatu dan memilih berkiprah sebagai juru taktik. Palermo kemudian didapuk sebagai pelatih klub Godoy Cruz yang mentas di devisi utama Liga Argentina.
