Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh model Project Based Learning dan model Direct Instruction terhadap kemampuan pemahaman konsep matematis, mengetahui pengaruh kecemasan matematika dengan tingkatan kecemasan tinggi, kecemasan sedang, dan kecemasan rendah terhadap kemampuan pemahaman konsep matematis, dan mengetahui pengaruh hubungan model pembelajaran dengan kecemasan matematika terhadap kemampuan pemahaman konsep matematis siswa. Penelitian ini merupakan penelitian kuantitatif dengan pendekatan komparatif dengan subjek penelitian siswa kelas VIII di SMP Negeri 4 Karanganyar. Sampel pada penelitian ini adalah siswa kelas VIII B sebagai kelompok kontrol dan VIII A sebagai kelompok eksperimen yang diperoleh melalui teknik pengambilan random cluster sampling. Pengumpulan data penelitian dilakukan melalui dokumentasi, kuesioner, dan tes. Teknik analisis data yang digunakan adalah menggunakan analisis kovariansi dua jalan. Hasil analisis data pada penelitian ini menunjukkan terdapat pengaruh bahwa model pembelajaran dan kecemasan matematika terhadap kemampuan pemahaman konsep matematis, tetapi tidak ditemukan pengaruh dari hubungan model pembelajaran dengan kecemasan matematika terhadap kemampuan pemahaman konsep matematis. Selanjutnya, berdasarkan hasil analisis disimpulkan bahwa; model Project Based Learning memberikan pengaruh yang lebih baik dibandingkan dengan model  Direct Instruction, siswa dengan kecemasan rendah memiliki kemampuan pemahaman konsep yang lebih baik dibandingkan siswa dengan kecemasan sedang serta keduanya lebih baik dibandingkan siswa dengan kecemasan tinggi, dan pengaruh dari model pembelajaran terhadap kemampuan pemahaman konsep matematis tidak bergantung pada kecemasan matematika begitu pula sebaliknya.