Pengembangan kemampuan berpikir kritis peserta didik sangat penting dalam membekali mereka untuk mengatasi masalah sendiri. Model dan media pembelajaran, khususnya pembelajaran penemuan (discovery learning) dan media realia, diperlukan untuk peningkatan kemampuan berpikir kritis. Alasannya, peserta didik termotivasi untuk belajar sendiri dan mengambil peran aktif dalam menemukan prinsip dan ide melalui pemecahan masalah dalam pembelajaran penemuan (discovery learning). Selain itu, dengan menggunakan media realia, peserta didik dapat memperoleh pengetahuan langsung tentang subjek tersebut. Penelitian ini menggunakan metode kuantitatif dengan desain Nonequivalent control groub design. Sampel dalam penelitian ini adalah peserta didik kelas V SD Negeri I Caluk yang berjumlah 15 peserta didik sebagai kelas eksperimen dan SD Negeri 2 Caluk yang berjwnlah 18 peserta didik sebagai kelas kontrol. Kuesioner dan tes digunakan sebagai instrumen pengumpulan data. Serangkaian uji, termasuk uji nonnalitas, homogenitas, uji regresi, uji linieritas, uji regresi dan uji hipotesis. Hasil penelitian menunjukkan model discovery learning secara signifikan mempengaruhi keterampilan berpikir kritis peserta didik. Media realia secara signifikan mempengaruhi keterampilan berpikir kritis peserta didik. Model discovery learning dan media realia secara signifikan bersama-sama mempengaruhi keterampilan berpikir kritis peserta didik. Indikator keterampilan berpikir kritis tertinggi pada kelas eksperirnen adalah inference (membuat kesimpulan) dengan penerapan discovery learning dan media realia.