Μια ηθοποιό ήθελε οπωσδήποτε να έχει σε κάθε ταινία του ο Γιάννης Δαλιανίδης

Ο πολύπειρος σκηνοθέτης το είχε παραδεχτεί πως από την στιγμή που ξεκίνησε τις μουσικές ταινίες του, μια ηθοποιός του έγινε απαραίτητη σε κάθε του βήμα. «Οι άλλοι ηθοποιοί μπορεί να άλλαζαν», εξηγεί ο Δαλιανίδης,«αυτή ποτέ!. Πάντα μου κάλυπτε τους ρόλους της ωραίας και της μπριόζας. Κάποια στιγμή μάλιστα αποαφάσισα να της αλλάξω στυλ, να την κάνω καρατερίστα. Και τότε έβαλε τα κλάματα, γιατί δεν καταλάβαινε πως πήγαινα να εκμεταλλευτώ όλες της τις δυνατότητες. Πήγε στον Φίνο να υποβάλει τα παράπονά της. "Μην κλαίς βρε χαζό. Δεν βλέπεις ότι πάω να σου εξασφαλίσω το ψωμί ως τα βαθιά γεράματα;" Το κατάλαβε πολύ γρήγορα και από τότε έκανε με πολύ μεγάλη επιτυχία τις μπούφες στις ταινίες μου. Αυτά στις ταινίες γιατί στη ζωή η Μάρθα ήταν ένα από τα πιο έξυπνα πλάσματα που έχω συναντήσει στη δουλειά μου».

Η κινηματογραφική της καριέρα συνδέθηκε με τα λαμπερά μιούζικαλ και τις κωμωδίες του Γιάννη Δαλιανίδη. Η συνεργασία τους ξεκίνησε το 1961 στην ταινία Ζητείται ψεύτης. Το μοναδικό μιούζικαλ στο οποίο η Μάρθα Καραγιάννη δεν χόρεψε, ήταν το «Μερικοί το προτιμούν κρύο» γιατί αρχικά στον ρόλο της επρόκειτο να εμφανιστεί η Άννα Φόνσου. Μάλιστα είχε γίνει και δεύτερη πρόταση στην Πόπη Λάζου.

Στη μουσική ταινία Οι θαλασσιές οι χάντρες του 1967 εμφανίζεται ως καθαρά κωμική ηθοποιός, κάτι στο οποίο επέμεινε πολύ ο Γιάννης Δαλιανίδης, παρότι η ίδια πρόβαλλε σθεναρή αντίσταση θεωρώντας ότι ήθελε ο σκηνοθέτης να προβάλλει τη Ζωή Λάσκαρη, ενώ αντίθετα εκείνος της είπε ότι έτσι της δίνει ψωμί για μέχρι τα γεράματά της εννοώντας ότι μπορούσε να ξεχωρίσει και να σταθεροποιηθεί στην κωμωδία και να απαγκιστρωθεί από την εικόνα της λαμπερής σουμπρέτας -χορεύτριας που έχει όριο λήξης.

Τραγούδησε πρώτη φορά στην ταινία Καπετάνιος για κλάματα το 1960 με το τραγούδι «Σαν φυσά το μαϊστράλι», αλλά έκανε μεγάλη επιτυχία τραγουδώντας στην ταινία Γοργόνες και Μάγκες το 1968 με το «Ο άνδρας που θα παντρευτώ».

Το 1969, έπαιξε ένα δραματικό ρόλο στην ταινία του Νίκου Φώσκολου, Πεθαίνω κάθε ξημέρωμα, και ένα κωμικό στην ταινία του Ντίνου Δημόπουλου, Η ωραία του κουρέα.

Η συνεργασία της με τον Γιάννη Δαλιανίδη και τον Κώστα Βουτσά απογειώθηκε στην ταινία Το ανθρωπάκι του 1969.

Τελευταία ταινία εκείνη την περίοδο είναι Ο μάγκας με το τρίκυκλο του 1972, ενώ θα επανέλθει μερικά χρόνια αργότερα με την ταινία πρωταγωνιστών του Γιώργου Λαζαρίδη, Ο Ποδόγυρος το 1980.

Τελευταία έπαιξε στις ταινίες Πεθαίνω για σένα (2009) και Από έρωτα (2014).