O defensor desembarcou no time do Morumbi em janeiro de 2018, após rescindir seu contrato com o Vasco e ficar livre para assinar com qualquer time. Na ocasião, o jogador acertou um vínculo junto ao São Paulo válido até o final de 2020.
Em seu primeiro ano com a camisa do Tricolor, Anderson Martins provou que foi uma contratação certeira do clube. O zagueiro foi constantemente utilizado como titular por Diego Aguirre, que via no atleta uma peça importante para o solidez de um time voltado para contra-ataques.
No entanto, a temporada de 2019 trouxe notícias negativas para Anderson Martins. Isso porque Bruno Alves e Arboleda atingiram um nível destacável na retaguarda, mostrando entrosamento e competências defensivas que trouxeram evolução para a retaguarda Tricolor. Desde então, o camisa 4 perdeu espaço no clube.
Sendo reserva, Anderson Martins foi pouco utilizado por Fernando Diniz. Em 2020, o zagueiro disputou apenas duas partidas, contra Santo André e Botafogo, ambas pelo Paulistão, nas quais o São Paulo foi derrotado. Contra o Ramalhão, por exemplo, o defensor foi substituído no intervalo.
Aos 32 anos, Anderson Martins aguarda a decisão que a comissão técnica e diretoria do Tricolor tomarão em relação ao seu futuro. Pelo clube do Morumbi, o jogador disputou 56 partidas e marcou dois gols.
