По решению правительства при ВСНХ создается Научно-технический отдел (НТО) и Комитет по делам изобретений. Председателем Комитета и заместителем председателя НТО назначается Л. К. Мартенс. Задачи, стоявшие перед ним как руководителем этих учреждений, были сложны и ответственны. Необходимо было двинуть вперед развитие отечественной техники, сделать достоянием производства последние достижения науки, развязать творческую инициативу масс.
Л. К. Мартенс, ничего не умевший делать наполовину, всецело отдается этой работе. Ему опять приходится много ездить по заводам, часто выступать на различных ученых советах и в комиссиях, а главное — ежедневно встречаться с людьми, приходившими-к нему со своими мыслями, проектами и предложениями. Из среды рабочих, впервые ставших хозяевами своих заводов, фабрик, шахт, рудников, все чаще и чаще выдвигались талантливые изобретатели, опытные рационализаторы, инженеры-самоучки.
Когда-то, будучи в эмиграции, немало бессонных ночей провел Мартенс над своими изобретениями. Он знал и радость творчества, и горечь неудач. И теперь в его лице каждый изобретатель находил не только знающего эксперта, глубоко эрудированного инженера, но и чуткого доброжелателя, готового бороться за каждую новую идею, за каждое ценное предложение, способствующее развитию отечественной техники и промышленности. И многие изобретатели были обязаны Л. К. Мартенсу тем, что их замыслы и идеи в конце концов воплощались в жизнь.
Известный изобретатель А. М. Игнатьев (автор таких изобретений, как зенитный оптический прицел, лентосварочные машины и многие другие) изобрел самозатачивающиеся инструменты для станков, нашедшие впоследствии широкое применение в нашей промышленности. Однако вначале внедрение этих инструментов встретило серьезное сопротивление некоторых специалистов. Понадобилось вмешательство авторитетного органа. ВСНХ назначил специальную комиссию под председательством Л. К. Мартенса, которая должна была определить реальную ценность самозатачивающихся инструментов. Комиссия вынесла решение, признавшее целесообразным внедрение новых инструментов в различные отрасли народного хозяйства.
В 1924 г. по указанию Ф. Э. Дзержинского Мартенс разрабатывает ряд мер, направленных на поощрение рабочих-изобретателей. При его личном участии в НТО разрабатываются основы планирования научно-технической работы. Он же играет в этот период видную роль и в формировании новых научно-исследовательских учреждений, в укреплении их связи с производством и т. д.
Вместе с тем именно в эти годы Л. К. Мартенс все больше времени начинает уделять и своей собственной научной работе в области моторостроения. С 1924 г., продолжая руководить Комитетом по делам изобретений, он возглавляет Лабораторию тепловых двигателей в Ленинграде. Позднее эта лаборатория превращается во Всесоюзный научно-исследовательский дизельный институт. Здесь Л. К. Мартенс ведет большую научно-экспериментальную работу по изучению динамики поршневых двигателей, конструированию новых моторов и т. д.