O presente estudo explora a implementação da investigação matemática como uma abordagem inovadora no ensino fundamental, com foco no Programa Institucional de Bolsa de Iniciação à Docência (PIBID) na Escola Municipal de Ensino Infantil e Fundamental (EMEIF) Santa Terezinha, em Cametá, Pará. Utilizando uma metodologia qualitativa, foram realizadas quatro aulas com atividades desafiadoras para os alunos do 8º ano, seguidas por questionários individuais. Os resultados revelaram que, apesar dos desafios iniciais, os alunos demonstraram resiliência e habilidade analítica, utilizando diferentes estratégias para resolver os problemas propostos. A experiência foi descrita como desafiadora e estimulante pelos alunos, destacando a autonomia concedida para explorar diferentes abordagens na resolução dos problemas. Este estudo confirma a eficácia da investigação matemática na promoção do pensamento crítico e autonomia dos alunos, transformando as práticas pedagógicas e deixando um impacto positivo na atitude dos alunos em relação à matemática, evidenciando a importância dessa metodologia para a educação matemática no ensino fundamental.