Penelitian ini bertujuan untuk menelaah perbedaan peningkatan kemampuan Penalaran dan Pemecahan Masalah matematis yang signifikan antara siswa yang memperoleh Model Pembelajaran Osborn dengan Teknik Brainstorming dan siswa yang memperoleh pembelajaran konvensional secara keseluruhan. desain penelitian ini menggunakan desain kelompok kontrol non-ekuivalen. Kelompok eksperimen belajar dengan Model Pembelajaran Osborn dengan Teknik Brainstorming dan kelompok kontrol belajar dengan pembelajaran konvensional. Penelitian ini dilakukan di SMA Negeri 9 Jakarta dengan sampel dipilih 2 kelas dari 7 kelas. Untuk mendapatkan data hasil penelitian digunakan instrumen berupa tes kemampuan Penalaran dan Pemecahan Masalah matematis. Analisis data dilakukan secara kuantitatif. Analisis kuantitatif dilakukan terhadap rataan gain ternormalisasi antara kedua kelompok sampel dengan menggunakan Uji-t. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan kemampuan Penalaran matematis siswa yang belajar dengan Model Pembelajaran Osborn dengan Teknik Brainstorming tidak lebih baik secara signifikan dibandingkan yang belajar dengan pembelajaran konvensional, sedangkan hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan kemampuan Pemecahan Masalah matematis siswa yang belajar dengan Model Pembelajaran Osborn dengan Teknik Brainstorming lebih baik secara signifikan dibandingkan yang belajar dengan pembelajaran konvensional.