Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis peningkatan kemampuan pemecahan masalah matematis siswa yang diajar dengan model pembelajaran kooperatif tipe Think Pair Share (TPS) dibandingkan dengan pembelajaran konvensional serta menganalisis kemampuan siswa berdasarkan indikator pemecahan masalah. Penelitian ini menggunakan pendekatan kuantitatif dengan desain Nonequivalent Control Group Design. Sampel penelitian berjumlah 92 siswa, terdiri atas 46 siswa kelas eksperimen dan 46 siswa kelas kontrol. Data dikumpulkan melalui tes berdasarkan empat indikator Polya, yaitu memahami masalah, menyusun rencana, melaksanakan rencana, dan memeriksa kembali. Analisis data menggunakan N-Gain dan uji Mann-Whitney U. Hasil penelitian menunjukkan rata-rata N-Gain kelas eksperimen sebesar 0,63, sedangkan kelas kontrol sebesar 0,29. Hasil uji Mann-Whitney U menunjukkan nilai signifikansi p < 0,001, sehingga peningkatan kemampuan pemecahan masalah matematis siswa pada kelas eksperimen lebih tinggi secara signifikan dibandingkan kelas kontrol. Berdasarkan hasil posttest pada kelas eksperimen, capaian indikator memahami masalah berada pada kategori sangat baik, menyusun rencana dan melaksanakan rencanaberada pada kategori baik, sedangkan memeriksa kembali berada pada kategori cukup. Dengan demikian, model pembelajaran kooperatif tipe Think Pair Share (TPS) dapat mendukung peningkatan kemampuan pemecahan masalah matematis siswa pada materi SPLDV.