Durante gli anni ottanta, oltre ad alcune apparizioni televisive e alle sue solite esibizioni negli USA, fece delle memorabili performance al London Palladium nel 1983 e nel 1987 e al Moulin Rouge di Parigi nel 1984, tornando a esibirsi nel vecchio continente dopo 30 anni.
Partecipò attivamente alle due campagne elettorali di Ronald Reagan insieme a Frank Sinatra, con cui si esibì più volte durante i festeggiamenti per il neoeletto presidente.
Nel 1988 fu impegnato in una tournée di concerti con Sinatra e Sammy Davis, suoi compagni e amici del Rat Pack:
"«La soddisfazione che ho lavorando con questi due scansafatiche è che ci divertiamo più noi del pubblico»", disse in proposito Martin, il quale però si ritirò dopo solo cinque spettacoli a causa di un problema ai reni e alla depressione dovuta alla perdita del figlio Dean Paul Martin, morto l’anno prima in un incidente aereo.