Zijn profcarrière begon Maertens bij Flandria, waar hij acht jaar voor zou rijden. De Flandria wielerploeg was in de jaren 70 een van de sterkste ploegen uit het peloton. Samen met de renners Marc Demeyer en Michel Pollentier behoorde Maertens tot de Drie Musketiers van Flandria, dat grote successen behaalde.

Maertens werd tweemaal wereldkampioen op de weg (1976 en 1981) en kwam dichtbij in 1973. Op het circuit van Montjuich in Barcelona werd hij controversieel tweede. Na Eddy Merckx bijgehaald hebben in de slotfase, werden beide Belgen voorbij gesprint door de Italiaan Felice Gimondi. Het incident zorgde voor een vete tussen Merckx en Maertens. Belgische wielerfans verdeelden zich in twee kampen, wat gevolgen had voor de populariteit van Maertens.

Tot zijn palmares behoren overwinningen in Parijs-Tours (1975), de Zürich Metzgete in 1976, de Amstel Gold Race en Rund um den Henninger-Turm in 1976, Gent-Wevelgem in 1975 en 1976 en Omloop Het Volk in 1977 en 1978. In 1976 en 1977 won hij het eindklassement van de Super Prestige Pernod. In 1977 werd hij in een winnende positie in de Ronde van Vlaanderen uit koers genomen omwille van een ongeoorloofde fietswissel op de Koppenberg. In 1976 en 1977 bekleedde hij samen met zijn ploegmaats Pollentier en Demeyer van de Flandriaploeg een zeer dominante positie in het internationale wielrennen.

In de Ronde van Spanje van 1977 leidde hij van start tot finish en won hij naast het eind- en puntenklassement ook nog eens 13 van de 19 etappes. In de Ronde van Italië van dat jaar had hij ook al 7 ritten op zijn naam gebracht toen hij met een ingewikkelde breuk tussen pols en hand na een val op het circuit van Mugello moest opgeven. Die val en het daaropvolgende moeizame herstel van een polsblessure was het begin van het einde voor Maertens. Door het vele jaren op het grote verzet te rijden leek hij versleten te zijn. In 1978 won hij nog wel de groene trui in de Ronde van Frankrijk maar dat leek in die jaren een troostprijs voor een renner van zijn kaliber. Halverwege 1979 trok hij zich na een inzinking terug voor de rest van het lopende seizoen. In 1979 en 1980 won Maertens alleen nog maar enkele criteriums en zijn carrière leek al op 28-jarige leeftijd vroegtijdig te eindigen. Ondertussen had hij door verkeerde investeringen ook een groot deel van zijn persoonlijk kapitaal verloren.

Hij kende echter een opleving in de zomer van het jaar 1981 waarin hij opnieuw op topniveau presteerde. Zijn oud-ploegleider Guillaume Lomme Driessens haalde hem bij de Boule d’Or ploeg, waarvoor hij een sterke Ronde van Frankrijk reed. Dat jaar won Maertens vijf etappes in de Tour, won er de groene trui en ook werd hij dat najaar in Praag voor de tweede maal wereldkampioen.

In de daaropvolgende seizoenen wist Maertens geen aansprekende koersen meer te winnen. Na nog een jaar Boule d’Or ging Maertens rijden voor diverse kleinere ploegjes en privé-sponsoren, alvorens in 1987 definitief met wielrennen te stoppen.

Na zijn carrière werkte hij een 10-tal jaar als vertegenwoordiger. Van 2000 tot en met 2007 werkte hij als conservator in het Nationaal Wielermuseum in Roeselare. Sinds februari 2008 werkt hij als gastheer en PR-medewerker voor het Centrum Ronde van Vlaanderen in Oudenaarde.

Palmares
wereldkampioen (1976 Ostuni, Italië en 1981, Praag)
Belgisch kampioen in 1976
groene trui in de Ronde van Frankrijk in 1976, 1978 en 1981 (met in totaal 15 ritzeges, waarvan 8 in 1976, waardoor hij samen met Eddy Merckx mede recordhouder is van het hoogste aantal ritoverwinningen tijdens één Ronde van Frankrijk)
winnaar van de Vuelta in 1977 met 13 ritoverwinningen
negen klassiekers
102 ritzeges in rondes
18 eindzeges in rittenkoersen
In 1975 kreeg hij bij de overwinning in Parijs-Brussel de "Gele wimpel" uitgereikt, de onderscheiding voor het hoogste uurgemiddelde behaald in een internationale klassieker. Hij verbeterde hiermee de prestatie van de Nederlander Peter Post uit 1964. (wikipedia)