↑ a b «De Lautaro a Sampaoli: Me hizo ilusionar mucho y después terminó en la nada – TyC Sports». ↑ «Lautaro Martínez competirá con Messi por el Balón de Oro – TyC Sports». En Junio disputa con Argentina la final de la Finalissima, ganando 3-0 y siendo una de las figuras, convirtiendo el primer gol luego de una asistencia de Messi y asistiendo a Di Maria en el segundo gol del partido, culminando la noche con 1 gol y 1 asistencia. El 10 de junio de 2021 es convocado por Lionel Scaloni para disputar la Copa América 2021 nuevamente en Brasil, allí el ‘toro’ tendría una destacada actuación convirtiendo en fase de grupos ante Bolivia, en cuartos ante Ecuador y en semifinales de la Copa contra Colombia, terminando con 3 goles en 6 partidos, siendo el tercer máximo goleador de la Copa y segundo de Argentina solo por detrás de Lionel Messi, contribuyendo enormemente con grandes rendimientos para que su Selección levante nuevamente un título oficial a nivel mayor luego de 28 años. Tras diversas especulaciones, finalmente en la primavera de 2018 se anunció su venta al conjunto Italiano más un 10% de plusvalía de una futura venta para el club de Avellaneda, efectiva a partir de junio.
El 4 de febrero de 2018 convierte su primer hat-trick en primera, en un partido frente a Huracán, que finalizó 4 a 0. En dicho partido, Lautaro era observado por un ojeador del Internazionale y por Jorge Sampaoli, el entrenador de la selección nacional, quien luego lo convocaría para los amistosos que el conjunto argentino debía disputar en marzo, pero finalmente no lo convocó para el Mundial de Rusia 2018, hecho que causaría algunas polémicas. En Semifinales de dicha competición, convierte su segundo gol frente a Venezuela, partido que finalizó 2:1 a favor de la albiceleste con otro tanto de su compañero de Racing Club, Brian Mansilla. Fue formado futbolísticamente en el Club Atlético Liniers de Bahía Blanca y luego pasó por las inferiores de Racing Club, mientras jugaba en la Selección Sub-17. Iniciaría su carrera en su natal Argentina, debutando profesionalmente en 2015 con Racing Club. Luego marcó nuevamente por la fecha 13 de la Serie A frente al Frosinone, al Napoli por la fecha 18, su primer doblete ante el Benevento por la Copa Italia en la victoria 6 a 2, y ante el Parma Football Club por la fecha 23. Su séptimo gol y primero internacional en Europa fue ante SK Rapid Viena por los 16avos de final de la Liga Europa de la UEFA.
Fue convocado por Julio Olarticoechea para entrenar con la Selección Sub-20 previo a la Copa Mundial de Fútbol Sub-20 de 2017. El 26 de julio de 2016 convierte su primer gol, con la Selección frente a Qatar por el Torneo internacional de la Alcudia. Luego de sus buenas actuaciones en el Sudamericano Sub-20 de 2017 y en Racing, camiseta del inter de milan atrajo el interés del Real Madrid y del Inter. Sus buenas actuaciones en la reserva de Racing, y sus actuaciones en el Torneo internacional de la Alcudia, donde Argentina perdió con España en la final por 3:1, siendo el máximo goleador del certamen y elegido como el mejor jugador del torneo, atrajo el interés del Real Madrid, del Valencia y del Atlético de Madrid, entre otros. Ya en Racing, logró una adaptación muy rápida, convirtiendo 50 goles en misma cantidad de encuentros jugando en la sexta división. Debutó el 31 de octubre de 2015 en la fecha 29 del Campeonato de Primera División contra Crucero del Norte entrando como suplente reemplazando al ídolo Diego Milito. Luego, el 27 de febrero de 2018 por la primera fecha de la Copa Libertadores 2018 marcaría su segundo hat-trick (primero internacional y debut goleador en torneos internacionales) para que Racing gane 4 a 2 frente a Cruzeiro.
El 12 de enero de 2022 sumaría su segundo título en Italia al consagrarse campeón de la Supercopa de Italia frente a la Juventus FC. Hizo su debut en la selección mayor el 27 de marzo de 2018, habiendo sido convocado por Jorge Sampaoli para disputar la doble fecha FIFA de amistosos de ese mes ante las selecciones de Italia y España. En marzo de 2019 recibió una nueva convocatoria al conjunto argentino para enfrentar a Venezuela y Marruecos en la primera doble fecha FIFA del año, siendo partícipe en ambos como el centrodelantero titular. También representó a Argentina en diversos niveles juveniles, llegando a competir en el Campeonato Sudamericano de Fútbol Sub-20 de 2017 y en la Copa Mundial de Fútbol Sub-20 de 2017. Realizaría su debut absoluto en 2018 y sería parte de los equipos partícipe de las Copa América 2019 y 2021, logrando el tercer lugar en la primera y el título en la segunda, además de la Copa de Campeones Conmebol-UEFA (ex Copa Artemio Franchi), donde sería figura. En la Copa Mundial de Fútbol Sub-20 de 2017 debutó contra Inglaterra ingresando desde el banquillo y fue expulsado minutos después, el resultado final fue un contundente 0:3 a favor de la selección europea (a la postre campeona del certamen).
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