Penelitian ini dilaksanakan untuk menganalisis peningkatan kemampuan pemecahan masalah matematis siswa melalui implementasi model pembelajaran Problem Solving. Metode yang digunakan adalah Penelitian Tindakan Kelas (PTK) yang dilaksanakan dalam dua siklus, dengan masing-masing siklus terdiri atas dua pertemuan. Penelitian melibatkan 23 siswa kelas XI sebagai subjek penelitian. Data dikumpulkan melalui teknik tes, observasi, dan dokumentasi dengan instrumen berupa tes kemampuan pemecahan masalah matematis serta lembar observasi aktivitas guru dan siswa. Data yang diperoleh dianalisis menggunakan teknik analisis deskriptif untuk menggambarkan perkembangan kemampuan pemecahan masalah matematis siswa pada setiap siklus. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penerapan model Problem Solving mampu meningkatkan kemampuan pemecahan masalah matematis siswa pada seluruh indikator yang diukur. Pada siklus I, rata-rata skor siswa pada indikator memahami masalah mencapai 75,36 (kategori tinggi), merencanakan penyelesaian 63,76 (kategori sedang), melaksanakan rencana penyelesaian 57,60 (kategori sedang), dan memeriksa kembali hasil 50,00 (kategori sedang). Setelah dilakukan perbaikan tindakan pada siklus II, seluruh indikator mengalami peningkatan, yaitu memahami masalah menjadi 95,6 (kategori sangat tinggi), merencanakan penyelesaian menjadi 95,6 (kategori sangat tinggi), melaksanakan rencana penyelesaian menjadi 91,3 (kategori sangat tinggi), dan memeriksa kembali hasil menjadi 84,8 (kategori tinggi). Temuan ini mengindikasikan bahwa model pembelajaran Problem Solving efektif dalam mengembangkan kemampuan pemecahan masalah matematis siswa.