5 lutego 2018, w wygranym 4:0 meczu z Huracán, Lautaro strzelił pierwszego w seniorskiej karierze hat-tricka. 27 lutego zadebiutował w Copa Libertadores, zdobywając trzy bramki w meczu przeciwko brazylijskiemu Cruzeiro. Racing zwyciężył 4:2 w tym spotkaniu. W Primera División ogółem zagrał w 21 meczach, strzelając 13 bramek, dzięki czemu został wicekrólem strzelców ligi – za zdobywcą 17 trafień, Santiago Garcíą. W sezonie 2017/2018 rozegrał 27 meczów, w których zdobył 18 goli i zanotował 5 asyst.
Łącznie dla Racingu rozegrał 60 meczów, w których strzelił 27 bramek.
5 maja 2018 prezes Racingu – Victor Blanco ogłosił, że latem 2018 Martínez przejdzie do włoskiej drużyny Interu Mediolan. Blanco jednocześnie wskazał, że chciałby wypożyczyć go z powrotem do końca roku, tak aby mógł pomóc im w Copa Libertadores.