Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui adanya (1) pengaruh model pembelajaran problem-based learning dengan strategi pembelajaran berdiferensiasi dan model pembelajaran konvensional terhadap hasil belajar siswa, (2) pengaruh antara siswa yang memiliki motivasi belajar tinggi dan motivasi belajar rendah terhadap hasil belajar, dan (3) interaksi antara model pembelajaran dengan strategi pembelajaran berdiferensiasi dan model pembelajaran konvensional terhadap hasil belajar siswa ditinjau dari motivasi belajar. Jenis penelitian ini adalah eksperimen dengan menggunakan rancangan faktorial 2 x 2. Populasi dalam penelitian ini adalah siswa kelas X di salah satu SMK di Kabupaten Lamongan sejumlah 2 kelas. Sampel pada penelitian ini adalah 32 siswa yang didapatkan dengan menggunakan random sampling. Instrumen untuk mengukur motivasi menggunakan angket dan prestasi belajar menggunakan tes kemampuan dan pengetahuan. Data dianalisis dengan two-way ANOVA. Hasil penelitian menunjukkan bahwa (1) ada pengaruh antara model problem-based learning dengan strategi pembelajaran berdiferensiasi dan model pembelajaran konvensional terhadap hasil belajar siswa dengan nilai F= 5,623 dan nilai signifikansi p= 0,025 < 0,05, (2) ada pengaruh yang signifikan antara siswa yang memiliki motivasi belajar tinggi dan motivasi belajar rendah terhadap hasil belajar siswa, terbukti nilai F= 48,753 dan nilai signifikansi p= 0,000 < 0,05, dan (3) ada interaksi yang signifikan antara model problem-based learning dengan strategi pembelajaran berdiferensiasi dan model pembelajaran konvensional dengan motivasi belajar terhadap hasil belajar siswa dengan nilai F= 36,619 dan nilai signifikansi p= 0,000 < 0,05.