Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh model pembelajaran kooperatif tipe Think-Pair-Share (TPS) terhadap kemampuan penyelesaian masalah matematis dan disposisi matematis siswa. Metode penelitian yang digunakan pada penelitian ini adalah quasi eksperimen. Desain yang digunakan adalah factorial design 2 x 2 by level. Teknik pengumpulan data menggunakan instrumen tes untuk mengukur kemampuan penyelesaian masalah dan angket untuk mengukur disposisi matematis. Analisis data menggunakan ANAVA dua jalur dan uji-t dengan taraf signifikansi 0,05. Hasil penelitian menunjukkan bahwa (1) kemampuan penyelesaian masalah siswa yang belajar menggunakan model kooperatif TPS lebih tinggi daripada model pembelajaran konvensional, (2) terdapat interaksi antara model pembelajaran dan kemampuan awal matematika terhadap kemampuan penyelesaian masalah matematis siswa, (3) terdapat perbedaan kemampuan penyelesaian masalah matematis antara siswa dengan kemampuan awal matematika tinggi yang belajar dengan model kooperatif TPS dan model pembelajaran konvensional, (4) tidak terdapat perbedaan secara signifikan kemampuan penyelesaian masalah matematis antara yang diajar dengan model pembelajaran kooperatif TPS dan konvensional kelompok KAM rendah, (5) disposisi matematis siswa yang belajar dengan model pembelajaran kooperatif TPS lebih tinggi dari pada model pembelajaran konvensional, (6) terdapat interaksi antara model pembelajaran dan kemampuan awal matematika terhadap disposisi matematis siswa, (7) terdapat perbedaan kemampuan disposisi matematis antara siswa dengan kemampuan awal matematika tinggi yang belajar dengan model pembelajaran kooperatif TPS dan model pembelajaran konvenisonal, (8) tidak terdapat perbedaan secara signifikan disposisi matematis antara siswa yang diajar dengan model pembelajaran kooperatif TPS dan konvensional kelompok KAM rendah.