柴油机的操作分为起动、运转和停机三个步骤。以下是正确且安全的操作方法：
柴油机起动前需进行安全检查，包括检查各部件是否固定，传动件是否转动灵活，柴油、机油、冷却水是否足够，以及检查是否有漏油、漏水、漏气现象。操作人员应穿戴整齐，非操作人员应远离机器。检查无误后，方可起动柴油机。
起动柴油机时，先打开油箱开关，使油门处于较大位置，并将机器减压，使曲轴旋转。达到起动转速后，关闭减压，柴油机即可起动。用人力起动时，握摇手柄大拇指应在手柄外侧，手要向上兜，切勿向下压。摇车时必须握紧，柴油机起动后继续握紧插手柄，让其自然脱出。用电动机起动时，按下电钮使电动机工作的时间一次不得超过5秒钟，柴油机起动后应马上松开起动按钮。用小汽油机起动时，须在小汽油机运转1～2分钟后再与柴油机相结合。
柴油机起动后应低速运转10～22分钟，若各部分情况均好，再把油门置于较大位置，使柴油机以额定转速运转，直至水温达50℃左右，机油温度达40℃左右，方可加入负荷作业。在运转中要正确掌握油门，不可猛加猛减，不允许超过铭牌上标定的功率运转。当发现冷却水温度过高时，应先卸掉负荷并降低转速，等柴油机温度下降后再缓慢地加凉水。
柴油机的停机可分为正常停机和紧急停机。正常停机是作业结束后的停机，其操作过程是：先卸去负荷，然后逐渐减小油门，使柴油机低速运转3～5分钟，待水温降至60~70℃时，关闭油门。紧急停机是在柴油机运转过程中发生异常而采取的强制停机措施，一般情况下关闭油门即可。如关闭油门仍不能停机，可采用断气法、断油法或减压法。
柴油机停机前切忌猛拉油门。用农用柴油为燃料的机子在停车前，急速运转时应换成起动用轻柴油，将油路系统中的农用柴油燃烧干净，以便下次起动。冬季气温低，为了防止机体冻裂，应在停机后过几分钟，待水温降至30～40℃时打开放水阀，放尽冷却水。