Este trabalho relata a investigação realizada em um grupo de estudos de professores, que propôs e implantou a prática de pesquisa em aulas de Matemática nos anos iniciais do Ensino Fundamental, no Município de Harmonia, RS, sul do Brasil. A pesquisa foi planejada a partir do seguinte problema: De que modo os professores de um grupo de estudos, que atuam nos anos iniciais do Ensino Fundamental, podem inserir a pesquisa na sala de aula à sua prática docente, tendo como objetivo a busca da melhoria da aprendizagem dos alunos em Matemática? Para tanto, foi realizado um estudo teórico com as professoras do grupo de estudos sobre a metodologia da pesquisa em sala de aula e, em seguida, foi realizada a investigação com os alunos sobre o tema Água. Os sujeitos de pesquisa realizaram com seus alunos as etapas de questionamento, construção de argumentos e comunicação, propostas por Moraes, Galiazzi e Ramos (2004). Nesse trabalho, foi possível evidenciar uma melhoria na aprendizagem dos alunos em Matemática, bem como a qualificação da prática dos professores pela reflexão realizada no grupo de estudos a partir da experiência da pesquisa vivenciada na sala de aula.