En France, des évaluations bilans réalisées sur échantillon sont menées tous les six ans en mathématiques, en fin d’école et de collège, pour déterminer les acquis des élèves. Après avoir présenté ce dispositif spécifique, les auteures de cet article présentent une méthodologie d’analyse des évaluations s’appuyant sur trois approches (épistémo-didactique, psycho-didactique et psychométrique) et elles montrent comment ces dernières se révèlent complémentaires pour garantir la validité des résultats produits. Enfin, elles utilisent cette méthodologie pour étudier les évaluations bilans 2008 et 2014 sur deux domaines : l’arithmétique des nombres entiers en fin d’école et l’algèbre en fin de collège.