Penelitian ini bertujuan untuk (1) mendeskripsikan kemampuan berpikir logis siswa ditinjau dari kemampuan kognitif melalui tes diagnostik pada mata pelajaran IPAS; (2) menjelaskan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kemampuan berpikir logis siswa; dan (3) mengidentifikasi secara mendalam keterkaitan kemampuan berpikir logis dengan kemampuan kognitif. Adapun penelitian ini dirancang menggunakan pendekatan kualitatif. Sementara itu, pengumpulan data dilakukan melalui observasi, wawancara tidak terstruktur, dan dokumentasi. Narasumber penelitian berasal dari siswa dan guru kelas IV di MIN 4 Ponorogo. Data hasil penelitian, kemudian dianalisis menggunakan model analisa Miles dan Huberman yang meliputi reduksi data, penyajian data, dan penarikan kesimpulan. Hasil penelitian ditemukan bahwa (1) Kemampuan berpikir logis dengan hasil tes diagnostik “baik” menunjukkan siswa memiliki kemampuan menyelesaikan masalah, berargumen, dan menarik kesimpulan dengan baik. Kemampuan siswa dengan hasil tes diagnostik “sedang” menunjukkan belum cukup mampu menyelesaikan masalah, beragumen, serta menarik kesimpulan. Kemampuan berpikir logis pada siswa dengan hasil tes diagnostik “kurang” menunjukkan kemampuan menyelesaikan masalah, berargumen, dan menarik kesimpulan yang ada dengan kurang baik. (2) Faktor-faktor yang mempengaruhi kemampuan berpikir logis berupa motivasi, kemampuan awal, reward, model dan media pembelajaran. (3) Ketika hasil tes diagnostik baik berarti memiliki kemampuan kognitif yang baik pula, dan sehingga otomatis kemampuan berpikir logisnya juga baik.