Jacques François Marca signe le contrat de construction du premier maître-autel "à la romaine" et de son tabernacle (disparus) pour un montant de 200 livres le 11 octobre 1750. Il pourrait aussi avoir réalisé les autels secondaires des deux chapelles orientées. L'autel de la chapelle du bas-côté sud (consacré à saint Claude) subsiste encore aujourd'hui. L'autel de la chapelle du bas-côté nord en revanche a été remplacé. La décoration du chœur, qui n'est pas évoquée dans les archives, est sans doute contemporaine. Elle est un témoignage de l'influence de celui de l'abside du Saint-Suaire de la cathédrale Saint-Jean de Besançon exécuté sous la direction de Germain Boffrand quelques années plus tôt. Les tableaux représentent, de gauche à droite, la Présentation au Temple, l'Assomption, la Résurrection du Christ, l'Apothéose de saint Martin et la Naissance de la Vierge. Les autres éléments du mobilier datant du 18e siècle sont exécutés d'après les projets d'Anatoile Amoudru. La communauté des paroissiens demande à l'architecte des plans et des devis (perdus) pour lesquels il reçoit 1 600 livres d'honoraires. Le mobilier est financé grâce à la coupe d'une partie du quart de réserve, autorisée par un arrêt du Conseil du 20 octobre 1778. La chaire est comparable à celle de Vy-lès-Rupt exécutée d'après un modèle de l'architecte quelques années plus tôt. La cuve de la chaire est décorée des quatre Évangélistes. L'abat-voix est surmonté d'une figure de femme voilée portant la croix, allégorie de la Religion. Les retables des chapelles latérales (à l'exception de celle de la chapelle de Bauffremont, dont le décor date du 19e siècle) correspondent également à un modèle utilisé à plusieurs reprises par l'architecte. Les stalles, aujourd'hui conservées dans la deuxième chapelle du bas-côté nord et dans la troisième chapelle du bas-côté sud, prenaient place contre les piliers séparant la quatrième et la cinquième travée de la nef. Deux confessionnaux sont également conservés, et présentés à l'entrée de la nef. Un troisième (dans une chapelle latérale) a été "reconstitué" en suivant le même modèle.