La sous-direction « opérations » fait procéder en tout temps et en tout lieu à l'approvisionnement en produits et matériels pétroliers relevant de la compétence du    service de l'énergie opérationnelle ; elle est responsable de l'emploi de l'ensemble des moyens opérationnels du service. 
A ce titre, la sous-direction « opérations » :
-rédige les directives relevant de son domaine d'attribution et en suit l'exécution ;
-élabore des plans de reprise d'activité et de continuité d'activité nécessaires à l'exécution de ses missions ;
-sur toute question nécessitant une expertise technique pétrolière, instruit les demandes des autorités civiles et militaires du ministère ainsi que des autorités civiles de l'Etat dans le cadre de leurs attributions de défense ;
-assiste, pour l'application de la réglementation technique pétrolière, les armées ou tout autre organisme relevant du ministre de la défense. Elle est responsable, dans ce domaine, de la rédaction des instructions et des directives et s'assure de leur exécution. 
1° Au titre du soutien opérationnel et des relations internationales, la sous-direction « opérations » : 
a) Assure la conduite du soutien pétrolier des opérations selon les modalités arrêtées par le centre de planification et de conduite des opérations. A ce titre, elle participe à la planification de ce soutien ; 
b) Participe à l'élaboration des contrats opérationnels fixés au service et élabore les directives générales relatives à la préparation et à la mise en condition d'emploi de son personnel ; 
c) Est chargée des affaires relatives à la protection des installations, des moyens et des activités du service ; 
d) Conduit des missions d'expertise dans le domaine de la politique énergétique. 
2° Au titre de l'exploitation pétrolière, la sous-direction « opérations » : 
a) Elabore, en liaison avec la sous-direction « activités », les directives d'achat et de stockage des produits pétroliers ainsi que les directives d'acquisition des matériels pétroliers, et les met en œuvre ; 
b) Définit les études à conduire sur les caractéristiques techniques des produits pétroliers et est responsable des contrôles de la qualité de ces produits ; 
c) Exprime le besoin en matière d'approvisionnement en produits pétroliers ainsi qu'en matière d'acquisition des matériels pétroliers. Elle participe au suivi de l'exécution des marchés et contrats afférents. 
3° Au titre des équipements, la sous-direction « opérations » : 
a) Mène les études portant sur les caractéristiques techniques des matériels pétroliers en cohérence avec la gouvernance des opérations d'armement. Elle assure les contrôles de qualité de ces matériels. Elle est chargée de la gestion, du maintien en condition et du renouvellement du matériel pétrolier des armées ; 
b) Participe à la définition des équipements des armées dans le domaine du soutien pétrolier. 
4° Au titre de la prévention, maîtrise des risques et protection de l'environnement, la sous-direction « opérations » décline les politiques ministérielles en matière de santé, de sécurité au travail, de prévention routière, d'activités liées au sport, de protection contre l'incendie et de protection de l'environnement et participe à la stratégie de développement durable de la défense.