Après avoir siégé six ans sur les bancs de la Chambre des députés et s'être particulièrement occupé des questions agricoles, séricicoles, viticoles et douanières, Marcel Astier est élu sénateur de l'Ardèche en 1938. Inscrit au groupe de la gauche démocratique, il préconise des mesures destinées à lutter contre les parasites destructeurs de récoltes.
Le 10 juillet 1940, il est présent au Grand Casino de Vichy lorsque Pierre Laval vient défendre, devant l'Assemblée nationale, le projet de réforme constitutionnelle remettant les pleins pouvoirs au maréchal Pétain.
Après avoir voté contre ce texte, Marcel Astier marque son attachement aux institutions défuntes de la IIIe République en criant, lors de la proclamation des résultats : « Vive la République quand même ! »
Sous l'Occupation, il se consacre à la survie du parti radical clandestin et apporte son aide à la Résistance ardéchoise. Recherché, il parvient à gagner Londres puis Alger, où il siège à l'Assemblée consultative provisoire à partir de 1943.
En 1945, il poursuit sa carrière politique en qualité de président du conseil général de l'Ardèche, mais décède deux ans plus tard.