Peserta didik harus memiliki keterampilan abad ke-21 untuk menghadapi tantangan dan persaingan yang muncul dengan perkembangan zaman. Oleh karena itu, proses pembelajaran harus dapat mengembangkan keterampilan 4C yang diantaranya adalah keterampilan berpikir kritis dan self-efficacy. Salah satu model pembelajaran yang dinilai relevan dan dianggap efektif dalam permasalahan ini adalah model Problem Based Learning (PBL). Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh model pembelajaran PBL terhadap keterampilan berpikir kritis dan self-efficacy. Jenis penelitian ini adalah kuasi eksperimen menggunakan nonequivalent control group design. Teknik pengambilan sampel menggunakan purposive sampling dengan sampel siswa kelas X.4 sebagai kelompok eksperimen dan siswa kelas X.9 sebagai kelompok kontrol. Teknik dan instrumen pengumpulan data berupa pedoman wawancara, observasi, soal (keterampilan berpikir kritis), dan angket (self-efficacy). Uji hipotesis menggunakan ANACOVA. Berdasarkan hasil penelitian, menunjukkan bahwa (1) terdapat pengaruh signifikan dari penerapan model pembelajaran PBL terhadap keterampilan berpikir kritis siswa (0,000 <0,05), (2) terdapat pengaruh signifikan dari penerapan model pembelajaran PBL terhadap self-efficacy siswa (0,003 <0,05).