Simpang Empat Titik Nol KM Yogyakarta menjadi pusat lalu lintas sebagi pertemuan jalur utama yang menghubungkan berbagai wilayah di Kota Yogyakarta. Kendaraan yang melintasi simpang ini menghasilkan kadar emisi gas buang kendaraan yang signifikan tiap harinya. Oleh karena itu, diperlukan kajian untuk mengoptimasi kinerja Simpang Empat Titik Nol KM sehingga dapat meminimalisir emisi gas buang kendaraan yang dihasilkan. Analisis kinerja simpang menggunakan perangkat lunak PTV Vistro metode Highway Capacity Manual (HCM) 2010 berdasarkan nilai derajat kejenuhan (DS) dan tundaan (D), pada kondisi eksisting dan setelah optimasi. Analisis emisi gas buang kendaraan menggunakan rumus dari LAPI-ITB. Hasil analisis menunjukkan adanya peningkatan kinerja simpang yang ditandai dengan penurunan nilai tundaan simpang setelah dilakukan optimasi kinerja. Kinerja Simpang Empat Titik Nol KM menghasilkan nilai tundaan (D) = 30,18 det/smp menjadi 22,3 det/smp pada jam sibuk pagi serta nilai tundaan (D) = 50,47 det/smp menjadi 27,4 det/smp pada jam sibuk sore. Peningkatan kinerja simpang berpengaruh positif dengan menurunnya nilai emisi gas buang kendaraan yang dihasilkan. Emisi gas buang kendaraan mengalami penurunan sebesar 52,85% pada jam sibuk pagi dan 63,26% pada jam sibuk sore dalam semua jenis gas yang dianalisis.