Papież, walcząc z herezją monoteletów, zwołał synod na Lateranie i potępił ich błędy (twierdzili, że Jezus miał tylko wolę Bożą, a nie miał woli ludzkiej). W odpowiedzi w 650 roku cesarz kazał uwięzić papieża, który w Naksos – w nędzy i chorobie – spędził cały rok. Następnie sąd cesarski w Konstantynopolu pozbawił papieża wszystkich święceń i funkcji i skazał na śmierć. Za wstawiennictwem patriarchy Konstantynopola Pawła II karę śmierci zamieniono Marcinowi I na dożywotnie zesłanie do Chersonezu na Krym, gdzie z powodu nieludzkich warunków zmarł z biedy i udręczenia 13 kwietnia 655 roku. Marcin I zdołał stamtąd napisać list, w którym skarży się, że nie ma nawet kawałka chleba, ale się modli, by na Stolicy Apostolskiej nie znalazł się heretyk – monoteleta narzucony przez cesarza. Marcina I pochowano w miejscowym kościele Najświętszej Maryi Panny. Marcin I był ostatnim z papieży, których Kościół wpisał do katalogu świętych męczenników. W ikonografii św. Marcin jest ukazywany w papieskim stroju pontyfikalnym, z księgą w dłoni.