Begin 1639 was het duidelijk geworden dat Spanje dat jaar zou proberen met een extra grote hulpvloot, die later wel de Tweede Armada of Vijfde Spaanse Armada genoemd werd, met troepen en geld naar Vlaanderen door te breken. Tromps taak was het om dit transport te stoppen maar door een conflict tussen Amsterdam en de stadhouder werd zijn vloot eerst nauwelijks vergroot. Op 26 september ging hij bij het Nauw van Calais met slechts zeventien schepen het gevecht aan met een vijandelijke overmacht van 67. Door een slim gebruik van een defensieve linietactiek in de lij, lukte het hem deze Armada zo zwaar te beschadigen dat die haar toevlucht zocht op de rede van Duins ‏(The Downs)‏ in het neutrale Engeland. Om dit succes uit te buiten, zonden de vijf Nederlandse admiraliteiten ieder schip dat ze maar zeewaardig konden maken naar Tromp. Die lukte het een Engels ingrijpen te voorkomen door voor te wenden dat hij alleen een Spaans vertrek afwachtte. Toen zijn vloot groot genoeg geworden was, vernietigde hij op 21 oktober de Armada in de Slag bij Duins.Maerten Harpertsz Tromp ‏(Michiel van Mierevelt, 1640)‏De overwinning bij Duins was de grootste uit Tromps carriáere en de grootste tactische overwinning uit de geschiedenis van de Nederlandse marine. Bij thuiskomst werd Tromp als een ware zeeheld onthaald en geèeerd met talloze vreugdevuren, gedenkprenten, lofdichten en zegezangen, waarbij de dichters dankbaar gebruik maakten van het feit dat "Tromp" zowel "troef", "trompet", als "kanon" kon betekenen. Zijn populariteit was immens. Hij kreeg van het prijsgeld de som van tienduizend guldens. Ook internationaal had hij zich nu een grote roem verworven. Lodewijk XIII verhief hem in 1640 in de adelstand door de schenking van een ridderschap met wapen. In de standsgevoelige 17e eeuw betekende dat een aanmerkelijke sociale stijging.Die maatschappelijke opgang toonde zich ook in Tromps persoonlijke leven. Hij hertrouwde op 1 februari 1640 voor de tweede maal, met de bemiddelde en zestien jaar jongere Cornelia Teding van Berckhout, een wees uit het bekende regentengeslacht. De kosten van het huwelijk, voltrokken in de Grote Kerk te Den Haag, waren 15.960 gulden. Hij ging wonen aan het Korte Voorhout. In dat jaar schatte Tromp zijn vermogen op 86.301 gulden. Hij behoorde nu niet alleen tot de Franse adel maar ook tot het Nederlandse patriciaat. Bij zijn derde vrouw zou Tromp zes kinderen krijgen: eerst Margaretha Martina ‏(1641)‏, Adriaen ‏(1642)‏ en Johanna Maria ‏(1644)‏ en daarna drie die kort na hun geboorte zouden overlijden: Dina Cornelia ‏(1650)‏, Maerten ‏(1652)‏ en Maerten Harpert ‏(1653)‏.Toch zaten er ook schaduwzijden aan de overwinning. Witte de With werd zo mogelijk nog jaloerser en belasterde Tromp in pamfletten. Maar ook op nationaal niveau had de overwinning verstrekkende negatieve gevolgen. Omdat de Spaanse zeemacht gebroken was, werd de Nederlandse vloot weer verwaarloosd en dat terwijl de Franse en vooral Engelse rivaliteit snel toenam nu deze staten het niet meer nodig achtten de Republiek te steunen als tegenwicht voor de Habsburgse dreiging.Deze omslag in de internationale verhoudingen werd echter vertraagd door de Engelse Burgeroorlog. In de zomer van 1640 was Tromp, nadat hij terugkerend van de Staten van Friesland bijna op de Zuiderzee was verdronken door een schipbreuk, weer bezig met de oude routine van het konvooieren; voor een blokkade van Duinkerken had hij niet eens genoeg zeewaardige schepen. In oktober nam hij twee Duinkerkers en in januari 1641 nog een fregat.In april 1641 moest hij de veertienjarige Willem II van Oranje-Nassau naar Engeland overvaren voor diens huwelijk met de negenjarige Engelse prinses Maria Henrièette Stuart, maar al bij Hoek van Holland sloeg de grote mast van de Aemilia zodat Witte de With de eer kreeg. In juni bracht Tromp wel de jonge prins terug naar de Republiek. Die zomer en de volgende winter voerde hij twee weinig succesvolle campagnes tegen de Duinkerkers. Toen hij in 1642 de Britse koningin Henrièetta Maria van Frankrijk en prinses Maria Henrièette moest ophalen om ze via Dover in veiligheid te brengen naar de Republiek, werd Tromp tot zijn verrassing door Karel I van Engeland geridderd. Dat jaar ging de strijd tegen de Duinkerkers verder, zonder veel resultaat. Na een eerste door storm mislukte poging in januari 1643 konvooieerde Tromp in maart op de Prinses Maria de Engelse koningin, samen met een vloot wapens en geld voor de Royalisten, van Scheveningen naar Bridlington; het lukte hem een aanval van de Parlementarische vloot af te schrikken.

In de jaren na 1639 was de schade die de Duinkerker kapers aan de Nederlandse scheepvaart toebrachten alleen maar groter geworden, een gevolg van het feit dat hun zeemacht uitgegroeid was tot een sterkte van boven de honderd schepen. Na weer een vruchteloze campagne in 1643 waarschuwde Tromp de Staten-Generaal dat nu eindelijk actie moest worden ondernomen anders zou het verlies van de gantsche see en diengevolgende de ruyne van het Landt dreigen; hij klaagde ook over de geringe respons die zijn eerdere waarschuwingen hadden opgeleverd: Ick met mijn hooft als tegen de muer loope. Inderdaad nam men nu maatregelen - maar die bestonden niet uit het versterken van de vloot.In 1644 sloten de Staten-Generaal een verdrag met Frankrijk: de Republiek zou een Frans leger bekostigen dat Duinkerke zou innemen. Dit zou echter zeer geleidelijk gebeuren; dat jaar belegerde men eerst het zuidelijker gelegen havenstadje Grevelingen. Commandeur Joost Banckert blokkeerde die plaats van de zeezijde; Tromp, van een ernstige ziekte herstellende, nam op land de contacten met de Fransen voor zijn rekening; om op krachten te komen mocht hij 's winters thuis blijven, waar hij weer ruzie kreeg met Filips van Dorp in diens functie van admiraliteitsraad.Het jaar 1645 verliep eender, zij het dat nu Fort Mardijk veroverd werd - en weer heroverd door de Spanjaarden. In 1646 kwam de Franse aanval langzaam op gang en Tromp ging op "kruistocht" op de Noordzee. Opnieuw leverde dat kruisen weinig op, maar nu omdat de Duinkerkers te veel verzwakt waren; reders waren niet meer bereid om in kaperschepen te investeren, nu de val van de stad aanstaande was. In september hervatte Tromp de blokkade, terwijl de Fransen, na opnieuw Mardijk genomen te hebben, de belegering van Duinkerke zelf waren begonnen. Een dertigtal Duinkerkers probeerde nog vergeefs uit te breken; in oktober gaf de stad zich over. Een strijd van 63 jaar tegen de Duinkerker kapers, de hoofdtaak van de Nederlandse marine, was voorlopig in het voordeel van de Republiek beslist. De Franse bevelhebber, Lodewijk II van Bourbon-Condâe, hertog van Enghien, gaf Tromp als aandenken een juweel ter waarde van 24.000 gulden, wat weer felle reacties van Witte de With opriep. De Admiraliteit van Amsterdam schonk Tromp in 1647 een grote zilveren lampetkan met schotel, nu een pronkstuk van het Rijksmuseum Amsterdam.

Nu de oude vijand verdwenen was, rees de vraag wat de taak en omvang van de Nederlandse marine moest zijn. Spanje was geen factor van belang meer: Engeland en Frankrijk waren verzwakt door respectievelijk een aflopende en een beginnende burgeroorlog; men meende dus al eind 1646 de grote schepen te kunnen opleggen, oude kleinere schepen af te danken en slechts 37 fregatten actief te houden voor de konvooivaart. Toen de Brederode in 1647 met Witte de With op expeditie naar Nederlands-Brazilièe ging en voor de versleten Aemilia ondanks Tromps krachtig aandringen geen vervanger gebouwd werd, moest hij het met de Prinsesse Royaal Maria van 32 kanonnen als vlaggenschip doen. Tromp raakte hierdoor zo gedemotiveerd dat hij in de herfst van 1647 weer een betrekking aan wal probeerde te krijgen, als bestuurder in Brielle; alleen doordat een ander aangenomen werd, verliet hij de marine niet voor de vierde maal.In januari 1648 gaf Tromp aan de Staten-Generaal zijn mening over de minimale omvang die de Nederlandse vloot moest hebben om haar taken te vervullen: Zestig schepen waren nodig, waaronder een permanent kruiseskader van 24. De rest moest men verkopen maar ook zou men per jaar de vloot met vijf nieuwe oorlogsbodems moeten vernieuwen, te beginnen met een nieuw groot vlaggenschip voor Tromp zelf. In juli werd tot een program besloten dat vrij nauw bij Tromps plannen aansloot, zij het dat er maar twee schepen per jaar zouden worden gebouwd.In oktober 1648 kwam aan de Tachtigjarige Oorlog helemaal een einde met de Vrede van Mèunster; de vredessituatie leidde ertoe dat van de nieuwbouwplannen niets terechtkwam; ook Tromps nieuwe schip werd niet gebouwd. In 1649 en 1650 bleef de admiraal aan wal. In die jaren was er een groot conflict tussen de nieuwe stadhouder Willem II en sommige leidende regenten. Hoewel prinsgezind schijnt Tromp zich daar zo veel mogelijk buiten gehouden te hebben; Willems poging Amsterdam met een leger te bezetten en de arrestatie van diens tegenstanders ging de admiraal veel te ver. Toen de stadhouder in november 1650 plotseling stierf en het Eerste Stadhouderloze Tijdperk aanbrak, was er dan ook geen reden voor de staatse partij Tromp uit zijn positie te verwijderen. Wel had men nu problemen met zijn rang van luitenant-admiraal; die impliceerde immers dat er een admiraal-generaal zou zijn waarvan Tromp de luitenant ‏(letterlijk "plaatsvervanger")‏ was. Op 20 maart 1651 kreeg hij van de Staten van Holland te horen dat hij zich voortaan als "gewezen luitenant-admiraal" moest betitelen, in de functie van commandeur. Toen Tromp echter antwoordde daartoe gheheel onlustigh te zijn, liet men het er maar bij; de volgende dag moest de admiraal namelijk met de Brederode op expeditie.De stadhouder had het leger in de oude sterkte willen handhaven; nu kregen de handelsbelangen van Amsterdam en daarmee de veiligheid op zee meer aandacht. Tromp kruiste tussen maart en juni 1651 bij een Engelse royalistische kaperbasis op de Scilly-eilanden. Toen bleek dat de kapers zich bij het Engelse Gemenebest hadden aangesloten, keerde Tromp onverrichter zake terug. Die herfst zou hij met een eskader naar de Middellandse Zee gaan, maar op de schepen brak difterie uit; ook Tromp moest doodziek de wal opzoeken. Nauwelijks wilde hij na zijn herstel in februari 1652 alsnog scheep gaan, toen hij naar de Staten-Generaal werd ontboden voor een geheel nieuwe opdracht.

De overwinning van de parlementarièers in de Engelse Burgeroorlog betekende dat de confrontatie tussen de twee handelsrivalen, die door het verslaan van de oude gemeenschappelijke Spaanse vijand vrijwel onvermijdelijk geworden was, niet langer uitgesteld zou worden. De Commonwealth of England had in de laatste jaren een krachtige vloot opgebouwd en durfde vol zelfvertrouwen de Republiek uit te dagen, met wie men nog een appeltje te schillen had wegens de steun van de stadhouders aan Karel I. De dood van Willem II leek toch nog de basis te kunnen vormen voor een nauwe samenwerking onder Engelse leiding, maar toen de delegatie die dit kwam bepleiten door orangistische opstootjes Den Haag weer uitgejaagd werd, kregen de langdurig opgekropte frustraties dat de vroegere bondgenoot in macht en rijkdom Engeland voorbijgestreefd was in het Engelse Parlement de overhand. Het nam de Akte van Navigatie aan die de Nederlandse handel naar Engeland beperkte en, veel ernstiger, een mooi voorwendsel vormde om Nederlandse schepen in beslag te nemen. Piraterij was voor de Britse eilanden altijd al een bloeiende bedrijfstak geweest en nu stortte men zich vol overgave op de Nederlandse scheepvaart.Ondanks Tromps waarschuwingen had de Republiek het uitstel niet gebruikt voor het versterken van de vloot. Zelfs nu begon men niet met een scheepsbouwprogramma; men besloot snel 150 koopvaarders als oorlogsbodem uit te rusten door het inbouwen van wat extra geschut. Deze schepen waren bedoeld voor de konvooivaart maar in Engeland werd de maatregel gezien als een voorbereiding voor volle oorlog en de spanningen tussen de twee landen liepen snel op.Op 15 maart 1652 deed Tromp het Haags Besogne, de speciale marinecommissie, een voorstel over de te volgen strategie, de: Consideratièen ingestelt op de jegenwoordige occasie ter zee. Hierin bepleitte hij de onmiddellijke concentratie van de belangrijkste schepen in een slagvloot die de Engelse vloot moest schaduwen. De Staten-Generaal vonden dit echter te provocerend; toen ze iets later toch akkoord gingen, moest Tromp in april eerst een inspectiereis maken langs de admiraliteiten om die tot groter activiteit aan te sporen. Bij terugkeer merkte hij dat veel van de beste schepen niet naar zijn slagvloot gestuurd maar ter convoyering vertrokken waren. Tromp kreeg nu opdracht om al patrouillerend met een eskader langs de zuidoostelijke kust van de Noordzee de scheepvaart te beschermen. Tegen zijn zin kreeg hij instructie een gewapende confrontatie tot het uiterste te vermijden. Wel mocht hij naar eigen goeddunken handelen inzake van de heikele kwestie of men Engelse schepen wel of niet als eerste zou groeten door de vlag te strijken, een oud recht dat de Britten nu streng wilden afdwingen, ook wanneer het traditioneel niet werd toegepast, zoals bij een zwakker Brits schip of buiten Het Kanaal. Tromp gaf al voor vertrek aan in dat soort gevallen niet de eerst groetende te zullen zijn.Op 14 mei koos Tromp zee. Op 26 mei 1652 ontmoetten zijn 42 schepen Nehemiah Bournes eskader zonder dat het tot een incident kwam. Op 29 mei hoorde hij echter dat Engelse schepen Nederlandse konvooiers met schoten intimideerden om als eerste te groeten en dat enkele koopvaarders terecht waren gekomen in een eskader van General at Sea Robert Blake. Tromp voer hierop recht op Blakes vlaggenschip af om te onderzoeken of de schepen genomen waren en ze desnoods terug te eisen. Bij deze missie paste het niet te onderdanig te doen en hij liet slechts zijn wimpel zakken. Blake liet hierop, zoals gebruikelijk, âeâen geschut met scherp schieten om Tromp te bewegen zijn vlag te strijken. Een kogel trof een Nederlandse stuurman; Tromp gaf nu zelf een waarschuwingsschot voor de boeg en Blake antwoordde met de volle laag. De daarop volgende Slag bij Dover was eigenlijk niet meer dan een schermutseling, maar vormde de ideale aanleiding voor het Engelse Parlement om in juli de Eerste Engels-Nederlandse Oorlog te verklaren. Dit zou de beroemdste gebeurtenis uit Tromps leven worden, maar ondanks de grote aandacht die historici eraan hebben geschonken, zijn Tromps motieven nog steeds onzeker. Britse schrijvers, die vaak nog Blakes versie volgen dat Tromp als eerste een breedzijde gaf, hebben gesuggereerd dat de admiraal uit politieke, Orangistische, motieven, opzettelijk een oorlog zou hebben uitgelokt.

Een diepgaand onderzoek van de Staten-Generaal had als uitkomst dat in ieder geval de Engelsen met de werkelijke gevechtshandelingen zijn begonnen.

Op 20 augustus moest Tromp hierom de functie van bevelhebber afstaan aan zijn meer staatsgezinde rivaal viceadmiraal Witte de With; Tromp moest aan wal blijven, zogenaamd in een adviesfunctie. Toen echter De With met zijn vlaggenschip de Prins Willem op 8 en 9 oktober verslagen werd in de Slag bij de Hoofden, werd Tromp weer benoemd, eerst eind 1652 als waarnemend bevelhebber, vanaf mei 1653 als officièele opvolger van De With. Zijn grootste overwinning was de Slag bij de Singels ‏(de Battle of Dungeness)‏ op 9 december waarna hij volgens een Engelse legende een bezem in zijn mast zou hebben gevoerd als teken dat hij de zee van vijanden had schoongeveegd.

Tijdens de Driedaagse Zeeslag werd Tromp echter weer verslagen en opnieuw in de Zeeslag bij Nieuwpoort. De Britten begonnen een blokkade van de Nederlandse kust.
Bij een geslaagde poging die te breken, de Slag bij Ter Heijde, werd Tromp op de Brederode door een Engelse scherpschutter vanaf het schip van admiraal William Penn ‏(de vader van William Penn)‏, dodelijk in de linkerborst getroffen. Zijn laatste woorden zouden zijn geweest: "Ik heb gedaan, houdt goeden moed"; maar volgens ooggetuigen was hij op slag dood. Zijn vlaggenkapitein Egbert Bartolomeusz Kortenaer deed net of Tromp nog leefde en nam het feitelijk bevel over zijn eskader over, zodat wel gezegd wordt dat Tromp in leven en dood nooit zijn vlag voor de Britten heeft moeten strijken, hoewel dit feitelijk onjuist is.

Midden in de slag zagen de andere admiraals tot hun verbazing dat het sein tot beraad werd gehesen; de enige die de Brederode wist te bereiken was Michiel de Ruyter.

Toen die Tromp dood in zijn kajuit zag zitten, barstte hij in huilen uit en riep: "Mocht het God behaagd hebben mijn leven te nemen in plaats van het zijne!"

Het lijk werd in een koets vanaf Den Helder over het strand naar Den Haag gereden en is op 5 september met een schuit naar Delft vervoerd om daar te worden begraven in de Oude Kerk. Johan de Witt hield een lijkrede, met de volgende bekende uitspraak:

Een zeeheldt, welckers gelycke de aerde niet veel heeft gedragen ende mogelyck niet lichtelyck in 't toekomende sal syn te vinden

en ook het gedicht van Joost van den Vondel, gedrukt op een gravure van het praalgraf:
Hier rust de zeeheld Tromp, de dappere beschermer
Der zeevaart en de zee; ten dienst van 't vrije land,
dat 'mans gedachtenis bewaart in 't konstig marmer
Zo levendig gelijk hij stierf voor 't Hollands strand.
Beluid met moordgeschrei en donder van kartouwen,
Daar Groot-Brittanje in brand, al 't water viel te kleen.
Hij heeft zichzelf in 't hart der burgeren uitgehouwen
Dat beeld verduurt de pracht van graf en marmersteen.

Opmerkelijk is dat Tromp op de steen op het graf in de Sint Laurenskerk in Rotterdam, waarin zijn twee eerste vrouwen begraven liggen "Maerten Harpertsz van der Tromp" en de tweede keer "Kapitein M.H. van Tromp" wordt genoemd.

Al tijdens zijn leven kreeg Tromp, net als later Michiel de Ruyter, van zijn bemanningen de koosnaam Bestevaãer.

Tromp was drie keer gehuwd en had twaalf kinderen. Een van zijn zonen, Cornelis, werd ook luitenant-admiraal bij de Nederlandse vloot.

In 1845 werd een marmeren portretbuste van Tromp ‏(een werk van Mathieu Kessels)‏ opgenomen in het Walhalla nabij Regensburg.

In de Oude Kerk in Delft bevindt zich zijn grafmonument "een wit marmeren, 700 kilo wegende sculptuur van Rombout Verhulst".