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 des essences des armées ; elle est responsable de l'emploi de l'ensemble des moyens du service.
 A ce titre, elle :
 1° Elabore, en liaison avec la sous-direction « administration », la politique d'achat et de stockage des produits pétroliers ainsi que la politique d'acquisition des matériels pétroliers, et les met en œuvre ;
 2° 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° 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 ;
 4° Prépare la programmation des investissements du service, participe à la préparation de son budget et en suit l'exécution. Elle est chargée du maintien en condition et du renouvellement du patrimoine immobilier du service ;
 5° Participe à la définition des missions et des équipements des armées dans le domaine du soutien pétrolier ;
 6° Assure la mise en œuvre des actions concourant à la préservation de l'environnement ;
 7° Participe aux travaux de définition des concepts d'emploi des forces dans le domaine du soutien pétrolier et établit, en cohérence avec la doctrine interarmées, la doctrine d'emploi du service des essences des armées ;
 8° Assure la conduite du soutien pétrolier des opérations selon les modalités arrêtées par le centre de planification et de conduite des opérations (EMA/CPCO). A ce titre, elle participe à la planification de ce soutien ;
 9° 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 ;
 10° Définit et suit l'emploi des réserves au sein du service ;
 11° Assure la protection du secret de la défense nationale au sein du service ;
 12° Traite des actions de relations internationales dans le domaine pétrolier militaire ;
 13° Rédige les directives relevant de son domaine d'attribution et en suit l'exécution ;
 14° Elabore des plans de reprise d'activité et de continuité d'activité nécessaires à l'exécution de ses missions ;
 15° Exprime les besoins en matière de systèmes d'information et de communication.