Раз Иосиф, будучи болен, решил дать на помин о себе ржи преподобному Мартирию. Но выздоровел и забыл о своем решении. Тогда во сне он увидел огненный столп над Зеленецкой пустыней, из него простертую руку, рассыпающую на землю огненные искры. Видение устрашило Иосифа, он пришел к преподобному с раскаянием и привез рожь. Но пустынник не имел жернова, не был в состоянии превратить ее в муку, а затем в хлеб и попросил Иосифа продолжить свою милость — смолоть рожь и печь из муки хлебы, что тот и исполнил. Жестоко, многоболезненно было житие Мартирия в этой дикой и угрюмой пустыне. Однако ни дикость места и суровость холодных здесь испарений, ни лишения в самонужнейшем, ни дикие звери этой местности, ни козни врага не могли поколебать доблестного воина Христова, в котором не было ни робости, ни уныния. Ископав себе сперва малую ямину, а вскоре поставив и часовенку в прославление и благодарение Господа и Пресвятой Богородицы, Мартирий беспрерывным славословием стал оглашать и освящать пустыню, которая безжизненностью своей доселе пугала народ. Здесь он удостоился снова видеть во сне образ Богоматери. Ему представилось море, а на нем плавает икона Богоматери, подобная явившейся ему. Посмотрел он на правую сторону и увидел близ иконы Архангела со скипетром, как пишется Гавриил на иконе Благовещения Пресвятой Богородицы. Архангел приглашает подвижника приложиться к образу, и он после колебаний вступил в воду. Образ стал тотчас погружаться в море, и на поверхности осталась только ножка Спасителя. Преподобный взял ножку обеими руками и начал плакать со слезами: «Милостивый Светодавче, если и придется потонуть, пусть это будет с Тобою». И тот же час как бы некоторая буря перенесла образ через море, поставила подвижника на берегу, и образ скрылся.
Пустыня просветлела святою жизнью отшельника, и уже безбоязненно все более и более начали приходить в нее люди, не только чтобы назидаться словом и делом преподобного, но многие и для водворения вместе с Мартирием и для восприятия отшельнического жительства. Умножившееся братство учеников преподобного побудило его приступить к построению первой для служения малой церкви во имя Живоначальной Троицы. В убогую церковь, украшенную иконами из часовни, были перенесены на время и две иконы Пресвятой Богородицы: Тихвинская, принесенная самим Мартирием, и другая — Живоначальной Троицы, принесенная учеником его Гурием. Инок этот по выходе из храма увидел на небе крест, сиявший над крестом церковным, во свидетельство благодати Божией к месту сему и храму.
Скоро стало весьма многим известно население пустыни иноками, так что именитые люди новгородские и бояре начали присылать приношения сюда на храм и на братию. В числе их известный своей ревностью к церкви Христовой богатый новгородец Феодор Сырков, построивший несколько храмов своей казной, даровал обильные средства для сооружения в Зеленецкой пустыне каменной теплой церкви Благовещения Пресвятой Богородицы. Этот благодетель Зеленецкой пустыни, называемый то царевым мужем, то новгородским посадником, подпал вместе с другими новгородскими жителями под опалу царя Грозного в последнее пришествие его в Новгород в 1570 году и был замучен.
Господь благословлял пустынно-подвижнические труды преподобного, и благодать Божия видимо почивала на нем самом. По его словам, однажды в тонком сне ему явилась Божия Матерь.
«И видел я во сне, — повествует преподобный Мартирий, — Богородицу в девичьем образе, благолепную видом. Такой девицы благообразной я не встречал среди людей: умилена лицем, красива видом, длинные зеницы и черные брови, нос средний, опущенный. На голове Ее был венец золотой, разными цветами. Невозможно понять умом, нивысказать языком, как сиял он подобно солнцу. И вот Она в келлии моей, на лавке, в большом углу, где стоят иконы. Я же будто бы вышел из чулана (где спал), стал перед Нею и смотрел на Нее, не сводя очей своих с Ее красоты. И Она, Царица и Богородица, смотрела на меня. Я глядел, не отрываясь, на Ее святой лик, на очи, исполненные слез, готовых капнуть на пречистое лицо Ее. И тотчас была невидима. Встал я ото сна и был в ужасе. Выходя из чулана, зажег свечу от лампады, чтобы посмотреть, не сидит ли Пречистая Дева на месте, где я видел Ее во сне. Вошел на средину келии и не увидал на том месте. Подошел я к образу Одигитрии, стоящему в келии моей, и убедился, что воистину явилась мне Богородица в том образе, как изображена Она на иконе моей».
Вскоре после этого преподобный Мартирий, не имея возможности противиться настояниям многих учеников своих и опасаясь оставить их без пастыря духовного, должен был идти в Новгород, дабы принять от архиепископа сан священства и игуменства. Достоверно неизвестно, который из архиепископов Новгородских, Александр или Леонид, управлявшие епархией в 70-х годах XVI века, удостоили священства и игуменства преподобного Мартирия. Но по писцовым книгам Обонежской пятины видно, что преподобный Мартирий в 1582 году был уже игуменом и имел 12 человек братии в Зеленецкой обители.