Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan keterampilan berpikir kritis dan hasil belajar peserta didik Sekolah Menengah Kejuruan kelas XI Teknik dan Bisnis Sepeda Motor dalam pembelajaran perawatan mekanisme katup dan kelengkapannya melalui penerapan model problem based learning. Penelitian ini merupakan penelitian tindakan kelas. Subjek penelitian ini adalah Peserta didik kelas XI Teknik dan Bisnis Sepeda Motor. Pengumpulan data menggunakan metode observasi dengan instrumen checklist dan tes unjuk kerja. Data yang diperoleh dianalisis secara deskriptif. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa diterapkannya model problem based learning dalam materi perawatan mekanisme katup dan kelengkapannya, dapat meningkatkan tingkat berpikir kritis peserta didik dan hasil belajar serta mencapai tujuan pembelajaran dengan rincian sebagai berikut: (a) meningkatnya keterampilan berpikir kritis peserta didik setelah penerapan model dengan kategori sangat tinggi sebanyak 38 Peserta didik (71,69%), kategori tinggi sebanyak 12 Peserta didik (22,64%), kategori rendah sebanyak 3 Peserta didik (5,66%) dan kategori sangat rendah yaitu sebanyak 0 Peserta didik (0%); (b) penerapan pembelajaran model problem based learning dapat meningkatkan hasil belajar Peserta didik sebesar 33,97%; dan (c) Hasil belajar Peserta didik setelah penerapan model problem based learning, peserta didik yang mencapai Standar Ketuntasan Minimum sebanyak 53 Peserta didik (100%).