Kemampuan penalaran matematis sangat penting dimiliki siswa karena kemampuan penalaran merupakan tujuan dari pembelajaran matematika. Salah satu kecendrungan yang menyebabkan siswa gagal menguasai pokok-pokok bahasan matematika diakibatkan oleh siswa kurang menggunakan nalar yang logis dalam memahami soal, menyelesaikan permasalahan soal matematis yang diberikan. Tujuan penelitian ini untuk menelaah perbedaan pencapaian dan peningkatan kemampuan penalaran matematis antara siswa yang memperoleh perlakuan pembelajaran model problem-based learning dengan siswa yang memperoleh model pembelajaran langsung. Penelitian ini menggunakan metode kuasi eksperimen dengan desain penelitian pretest-posttest control grup. Populasi dalam penelitian ini adalah seluruh siswa kelas VII SMP Negeri 6 Karawang Barat. Pengambilan sampel dilakukan secara purposive yang terdiri dari dua kelas yaitu kelas VII D yang berjumlah 39 siswa sebagai kelas eksperimen yang memperoleh perlakuan model problem-based learning dan kelas VII E yang berjumlah 41 siswa sebagai kelas kontrol yang memperoleh perlakuan model pembelajaran langsung. Instrumen yang digunakan enam soal uraian. Uji statistik inferensial parametrik yang digunakan yaitu uji-t dan uji Mann-Whitney. Berdasarkan hasil analisis diperoleh kesimpulan bahwa pencapaian kemampuan penalaran matematis siswa yang memperoleh perlakuan pembelajaran model problem-based learning lebih baik daripada siswa yang memperoleh model pembelajaran langsung dan peningkatan kemampuan penalaran matematis siswa yang memperoleh perlakuan pembelajaran model problem-based learning lebih baik daripada siswa yang memperoleh model pembelajaran langsung.