Esta pesquisa teve como objetivo desenvolver o pensamento matemático em alunos de uma sala do terceiro ano dos Anos Iniciais por meio da Resolução de Problemas. Permitiu também compreender os limites e possibilidades da pesquisa sobre a própria prática, uma vez que a pesquisadora é a professora dos alunos envolvidos. Participaram deste estudo vinte e seis alunos de uma sala regular do terceiro ano dos Anos Iniciais, matriculados em uma escola do Ensino Fundamental de uma rede municipal, na região do Vale do Paraíba, no Estado de São Paulo. A metodologia da pesquisa foi de abordagem qualitativa e envolveu o desenvolvimento de um projeto de trabalho ao longo de quatro meses, no qual a Resolução de Problemas foi aplicada para explorar conteúdos matemáticos com os alunos participantes por meio do trabalho em grupo. Foram utilizados como instrumentos de produção de dados o diário de campo, no qual foram registrados os encontros, as atividades desenvolvidas, as hipóteses levantadas pelos alunos, as soluções encontradas, os fóruns de discussões apresentados, as reflexões da pesquisadora, os registros fotográficos das produções dos alunos e os registros em áudio das plenárias de apresentação dos problemas pelas crianças. Os resultados evidenciam a ocorrência de aprendizagens significativas para os alunos, tais como: aprimorar sua relação com a Matemática, apropriando-se de conceitos da disciplina (adição, multiplicação, unidade, dezena, centenas, entre outros), justificar e defender sua forma de pensar tendo maior participação nas atividades e compreender que o erro faz parte do processo de aprendizagem. Outro aspecto evidenciado foi a mudança de prática da professora pesquisadora, que antes era centrada nela como a única responsável pelo conhecimento e transformou-se ao colocar os alunos no centro do processo de aprendizagem, protagonistas do desenvolvimento e construção de seus próprios conhecimentos. Tal mudança foi identificada a partir da aplicação das atividades e seus registros no diário de campo, o que possibilitou a reflexão sobre a própria prática. Como produto, organizamos um guia com as propostas utilizadas no projeto de trabalho que poderá inspirar outros professores e formadores a trabalhar a Matemática por meio da Resolução de Problemas em grupo. Esperamos que os resultados da pesquisa e seu respectivo produto possam contribuir para apoiar o trabalho de professores dos Anos Iniciais do Ensino Fundamental e para tornar o ensino e a aprendizagem da Matemática mais significativos em nossas escolas.