Kemampuan penalaran dan koneksi matematis dalam pemecahan masalah matematika merupakan kecakapan penting untuk dikuasai oleh mahasiswa, sehingga mampu menyelesaikan masalah matematika secara bernalar dan mampu untuk mengaitkan antar konsep matematis. Penelitian ini menggunakan pendekatan kualitatif yang bersifat naturalistik, dengan rancangan penelitian tindakan kelas, yang dilaksanakan dalam dua siklus. Subjek penelitian yaitu mahasiswa program studi pendidikan matematika yang menempuh matakuliah fungsi kompleks. Pengambilan data dilakukan dengan observasi, tes, dokumentasi, catatan lapangan. Data dianalisis mulai awal tindakan pembelajaran dan dilakukan refleksi hingga penyusunan laporan, dengan analisis data yaitu kualitatif deskriptif yang meliputi reduksi data, penyajian data, menelaah data dan penarikan kesimpulan (verifikasi). Keabsahan data dengan menggunakan triangulasi. Tujuan penelitian untuk mendiskripsikan kemampuan penalaran dan koneksi matematis dalam pembelajaran matematika dengan problem solving. Hasil penelitian menunjukan bahwa terjadi peningkatan kemampuan penalaran dan koneksi matematis dalam pembelajaran matematika dengan problem solving. Hal ini ditunjukkan oleh data yang diperoleh pada siklus dua yang telah memenuhi kriteria keberhasilan akademik sebesar 83.33%, kemampuan penalaran dengan ketercapaian 80% dan kemampuan koneksi matematis dengan ketercapaian 83.33%.