Penelitian ini bertujuan mengkaji kasus pemecahan masalah modus tollens yang berkaitan dengan keyakinan. Penelitian ini adalah penelitian kualitatis dengan kenis studi kasus. Kasus yang dikaji dalam penelitian ini adalah kasus kolektif. Subjek penelitian adalah tiga mahasiswa Pendidikan matematika yang telah belajar logika matematika. Instrumen penelitian ini adalah Peneliti, masalah modus tollens, rubrik indikator, lembar validasi, buku catatan dan pedoman wawancara. Hasil penelitian ini adalah proses mental yang terkategori menjadi tiga dalam pemecahan masalah modus tolens. Tiga kategori proses mental itu adalah logic beyond belief, belief surrounds thinking1, dan belief surrounds thinking 2. Karakteristik logic beyond belief adalah menghasilkan jawaban benar dengan alasan benar, keyakinan terkontrol oleh sistem 2. Karakteristik belief surrounds thinking 1 adalah menghasilkan jawaban benar dengan alasan salah, mengubah jawaban berdasarkan keyakinan. Karakteristik belief surrounds thinking 2 adalah menghasilkan jawaban salah dengan alasan salah berdasarkan keyakinan.