GCDH chủ yếu được biết đến với quá trình oxy hóa decarboxyl của glutaryl-CoA thành crotonyl-CoA và carbon dioxide, là chất phổ biến trong quá trình oxy hóa ty thể của lysin, tryptophan và hydroxylysine. Cách nó hoàn thành nhiệm vụ này là thông qua một loạt các bước chuyển hóa vật lý, hóa học và điện tử. Đầu tiên nó liên kết chất nền glutaryl-CoA với dạng oxy hóa của enzym và lấy ra alpha-proton của chất nền bằng cơ sở xúc tác Glu370. Hydride sau đó được chuyển từ beta-carbon của chất nền sang N (5) của FAD, tạo ra dạng FAD 2e được khử. Vì vậy, điều này cho phép khử decboxboxyl glutaconyl-CoA, một trung gian liên kết enzym, bằng cách phá vỡ liên kết Cγ-Cδ, tạo thành một anion, một proton và CO2. Chất trung gian của dienolate được proton hóa, tạo ra crotonyl-CoA và giải phóng các sản phẩm từ vị trí hoạt động. Cuối cùng, dạng FAD giảm 2e được oxy hóa thành hai bước 1e− bởi một bộ chấp nhận electron bên ngoài để hoàn thành sản phẩm.[6]