Il siège sur les bancs de la Plaine. Lors du procès de Louis XVI, il vote «la détention, et le bannissement à la paix», et se prononce en faveur de l'appel au peuple et du sursis à l'exécution de la peine[4],[5]:
Je suis descendu dans ma conscience, et j'ai vu que je ne pouvais prononcer comme juge, même dans la première question. Je vote donc pour la détention pendant la guerre et le bannissement à la paix.
Le , il est absent lors du scrutin sur la mise en accusation de Jean-Paul Marat[6]. Le , il est également absent lors du scrutin sur le rétablissement de la Commission des Douze[7].
Sous le Directoire, Joseph Martinel est réélu député de la Drôme et siège au Conseil des Cinq-Cents. Initialement tiré au sort pour quitter le Conseil le 1er prairial an VI (le )[9], il est réélu député et son élection est validée par la loi du 22 floréal an VI ()[10].
