Utworem, który przyniósł mu największą sławę był opublikowany w 1956 poemat epicki Aniara. Złożony ze 103 pieśni utwór przedstawia pesymistyczną wizję dalekiej przyszłości. Tytułowa Aniara jest statkiem kosmicznym, niosącym na swoim pokładzie osiem tysięcy uciekinierów z Ziemi, którzy ratują się przed katastrofą atomową. Kolejne pieśni stanowią odsłony alegorycznej, pozbawionej podstawowych wartości duchowych, historii ludzkości. Poemat ten został zaadaptowany jako opera, której muzykę skomponował Karl-Birger Blomdahl, a libretto opracował Erik Lindegren, i wystawiony przez Szwedzką Operę Narodową w roku 1959. W latach 60. XX wieku opera trafiła na wiele scen w całej Europie, m.in. w Hamburgu, Brukseli i Darmstadzie.

W latach 1952–1970 Martinson mieszkał w Gnescie, niedaleko Sztokholmu. Poświęcił się tam pasji kolekcjonerskiej. Zbierał przeróżne etykiety, ozdobne pudełka, puszki i butelki z całego świata. Z przedmiotów swojej kolekcji stworzył dla siebie i swoich córek „skład towarów kolonialnych”, który następnie przekazał do muzeum w Jämshög, gdzie zbiór pisarza umieszczono w dawnym budynku jego szkoły.

W 1970 Martinson wrócił do Sztokholmu.