1957年，美軍裝備7.62毫米口徑M14自動步槍之後，就正式提出設計新槍。當時有兩家美國公司競爭研制步槍，阿瑪萊特公司由尤金·斯通納（主設計師），羅伯特·佛利蒙，L·詹姆士·沙利文領導的設計小組開始研制新的.22口徑步槍。他們的第壹個方案卻是傳統布局。但是試驗中發現連發時後坐力不易控制。於是便把AR10按比例縮小為.22口徑自動步槍。新槍命名為AR15。
同時溫切斯特也加入競爭當中。基於M1卡賓槍設計，他們提供了.224口徑的輕型軍用步槍（LMR）。為了能夠擊敗對手，斯通納要求雷明頓公司改進他們的.222槍彈。由此誕生了.223雷明頓步槍彈。AR15於1958年3月31日開始進行軍隊中實驗，陸軍將AR15與M14進行對比試驗。
到此時仙童已經在AR15上花了145萬美元，但是前途依舊不明朗。1959年把AR15專利以現金75000美元賣給了柯爾特。1960年斯通納離開了阿瑪萊特（阿瑪萊特屬於仙童發動機與飛機制造公司下屬公司）
柯爾特決定將未來壓在AR15上。1962年，美國空軍首先采購8500支AR-15式步槍裝備機場警衛部隊。陸軍於1964年正式裝備該槍。1964年2月8日，美國空軍將XM16正式命名為“美國5.56mm口徑M16步槍
M16式步槍在越南戰場上暴露出許多問題：彈膛汙垢嚴重，卡殼，拉斷彈殼，彈匣損壞，缺乏擦拭工具。原因是多方面的越南潮濕氣候，溫度高，槍易生銹。M16的生產過程缺乏監管。但最主要的彈藥問題。原先的M193使用原裝杜邦公司IMR4475單基管狀藥，但是陸軍於1964年決定采用奧林公司的WC846裝藥，原先的T65彈也是使用該裝藥。但是該裝藥比較臟，偏偏M16槍管與槍膛未鍍鉻，而軍方被告知這是劃時代的武器，不需要過多清理（缺乏擦拭工具）。於是柯爾特公司開始改進，改進後被命名為M16A1，1967年2月28日開始被軍方采用，
1977~1980年北約小口徑步槍選型試驗後，確定比利時的SS109式5.56毫米口徑槍彈為北約制式口徑槍彈，而M16A1式步槍只能使用美國的M193式5.56毫米口徑槍彈，為了統壹到北約口徑，並進壹步提高步槍的作戰性能，柯爾特制造公司又對M16A1式步槍進行了改進。1982年美國海軍陸戰隊首先采購了20萬支改進後的M16A1式步槍裝備部隊，並命名為M16A2式步槍。1984年3月美國陸軍也正式宣布采用M16A2式步槍。
M16系列步槍除裝備美國武裝部隊外，還裝備澳大利亞、智利、多米尼加、海地、意大利、約旦、日本、印度尼西亞、韓國、新西蘭、黎巴嫩、斯裏蘭卡、越南、中國臺灣等55個國家和地區。 SALVO項目
在1948年，軍隊資助的設立了民間研究機構作戰研究室，模仿英國的同類作戰研究所。他們最初的壹個工作ALCLAD項目是研究防彈背心很快他們得出結論：他們需要知道更多關於戰場傷亡的事情，以提出合理的建議。之後超過3百萬份兩次世界大戰中的戰場傷亡報告被分析。他們在接下來的幾年內發表了壹系列的基於他們發現的報告
他們的基本結論是絕大部分的戰鬥發生在近距離。在壹個高度機動化的戰爭裏，部隊戰鬥形式以遭遇戰為主此時擁有更強火力的那壹方將會獲勝。他們也發現在戰鬥中被擊中的概率是隨機的，也就是說，精確瞄準沒有什麽意義，因為目標不再是原地不動的了。最準確的傷亡率指示器就是總***發射的子彈數量。他們的結論建議步兵需要裝備全自動的步槍，以增加開火的幾率。但是，這種武器同時也會大大增加彈藥消耗。為了讓壹個步兵有足夠的彈藥來支撐壹場戰鬥，他們需要使用壹些輕巧得多的武器裝備。值得註意的是，這項研究是在美國和英國為了.28和.30口徑子彈的優劣爭論不休的時候秘密進行的。
由於所有這些原因，現有的步槍很難適應現實世界的戰鬥。雖然看上去新的T44(M14自動步槍的前身）能夠增加發射速率但是它沈重的彈藥箱使得導致單兵彈藥攜行量成為壹個很大的問題。此外，這種槍的長度和重量都使它不適合短距離的戰鬥。因此此時需要壹種更小更輕的武器能夠更快的投入使用。
這些努力並沒有避開美國陸軍軍械部小型軍火研究與發展主任瑞納·斯塔德勒的註意。他對於民間研究機構涉足他的範圍感到不滿。陸軍軍械部這時開始了對由斯普林菲爾德兵工廠為T25發展的大威力子彈的支持而這是在T44還沒有出現的時候。最後，他要求阿伯丁靶場提交壹份關於小口徑武器的報告。但是，當瑞納指派的主要研究者唐納德·赫爾發現.22英寸（5.59毫米）的子彈與比它更大的子彈在大多數戰鬥中性能相同時這個計劃出現了意外當壹個武器可能因為低後坐力而具有更高的射速的時候它將會造成更大的傷亡。唐納德·赫爾的同事，尤其是威廉姆斯·小戴維斯和G.A.加斯塔夫生，開始了壹系列的試驗性.224英寸（5.69毫米）子彈的研究。1955年，他們要求增加研究預算的請求被否決了，
同時，美國陸軍壹個新的研究項目，也就是SALVO(齊射），是為了找到壹種符合現實戰鬥需要的武器而設立的。在1953到1957年之前的兩期計劃裏，SALVO逐漸發現如果壹種武器能連發射擊將4發子彈散布20英寸（0.5米）見方的範圍內，那麽它的命中率將是現有半自動武器的兩倍。在第二期計劃SALVO II裏，測試了幾種試驗概念性武器。AAI公司的愛爾文·巴爾提出了壹系列的鏢彈武器。第壹種是裝配32支鏢的霰彈槍，而最後壹種是單發鏢彈的步槍。斯普林菲爾德兵工廠和溫徹斯特連發武器公司生產了多槍管的武器。而作戰研究室自己的設計使用兩種新槍彈，將.22，.25或.27彈頭裝在壹個溫徹斯特.308或斯普林菲爾德.30-06子彈彈殼裏。
尤金·斯通納
正當T44的測試繼續進行時，比利時赫斯塔爾國家兵工廠也通過美國哈林頓-理查森武器公司提交了他們的新式武器FN FAL自動步槍,代號T48。然而，其測試的結果顯然已經被放棄了。T44被選為美國陸軍的新軍用步槍，而不是其有力的競爭對手T48。T44還沒有中選的時候，壹種新的步槍加入了這個競爭行列。1954年，新成立的阿瑪萊特公司的尤金·斯通納領導了AR-10的開發。斯普林菲爾德的T44和其他類似的型號都是傳統的使用做家具的木材制成的步槍，要不就是全用鋼制成，主要使用經過鑄造和機加工的部件。阿瑪萊特是為了將最新的工藝和合金材料應用到槍械設計中而成立的，而斯通納覺得他應該很容易擊敗其他競爭對手。
斯通納設計的壹開始就是全新的。槍管是組合式的，在擁有來福線的不銹鋼的槍管以外還設置了堅硬和散熱良好的鋁合金襯管。機匣是由鑄造和研磨過的鋁材而並非u鋼制成。槍管和機匣由壹個獨立的鎖定槍機的硬化鋼適配器連接。這使得當使用壹個輕巧的鋁制機匣時，仍然可以進行鋼鋼之間的鎖定。驅動槍機的高壓火藥氣體由槍管的前端導出，並直接進入在在槍機框裏與槍機之間形成的活塞室，而槍機本身相當於活塞。傳統的步槍將這個活塞室和活塞放在靠近導氣孔的位置。它的槍托和握把是由玻璃纖維外殼加上堅硬的塑料內核制成的。槍口消焰器甚至是用鈦金屬制成的
與此同時此槍的布局也不太相同。典型的設計是將瞄準具貼近放在槍管上方，用槍托的向下彎曲將後坐力轉移到肩膀上來使得瞄準鏡正好與眼睛處於同壹高度。然而，這意味著由於抵肩部位低於槍膛軸線，因此槍在開火的時候容易導致槍口上跳，而使得其非常難控制，特別是在全自動開火的時候。阿瑪萊特借用了德國MG42通用機槍和M1941式約翰遜輕機槍的設計，將槍管和槍托放在壹條線上，正好在眼睛的下方，然後將準星擡高，覘孔式照門表尺被安裝在攜帶提把上面。這個攜帶提把以下也包括位於機匣頂上的拉機柄。
AR-10在當時是壹個很先進的設計。它使用與T44相同的槍彈。在比同類槍支輕兩磅（900克）的同時，它也顯著改善後坐力控制。然而，它推出得太遲了，甚至是可以說是匆忙的。它那不尋常的設計在這之後在傳統的大軍火商中再沒有找到什麽追隨者。在1957年當壹支不銹鋼內襯管的鋁制槍管在試驗中發生爆裂事件之後，AR-10被取消參加選型的資格。但是它仍然為未來的新型小口徑高速槍支的發展提供了概念。 在1957年，壹份1955年加斯塔夫生書寫的經費申請來到了美國大陸軍司令部威萊德·維曼將軍的手中。他立刻成立了壹個小組來發展壹種測試用的.22口徑（5.6毫米）的武器。他們最終的要求是需要壹種可選模式射擊的武器當裝滿20發子彈時重量大概是6磅（2.7千克）。其子彈要能夠穿透500碼（460米）遠的標準的美國鋼制頭盔防彈衣或是壹塊0.135英寸（3.4mm)的鋼板。同時其傷害能力要達到或超過.30卡賓槍。
見識過之前的AR-10之後，維曼個人建議阿瑪萊特發展壹種測試用的新武器。斯納通當時正在為AR-10的新版本AR-16努力，但是斯通納作為主設計師領導的設計小組接受了這個挑戰。他們的第壹個設計使用傳統的布局以及木材但是被證實太輕了。當使用傳統的槍托之後，即使是使用輕型彈藥，後坐力控制也再次成為了壹個問題。他們的第二個設計只是AR-10的縮小口徑版本，但是立刻就被證明為是更加成功的。新槍被命名為AR-15。同時溫徹斯特公司推出了壹種基於他們的M1卡賓槍的設計。斯普林菲爾德兵工廠的埃利·哈維也嘗試推出壹個新的設計，但是被他斯普林菲爾德的上級給否決了，因為他們拒絕將T44的資源轉移過來。
到了最後，阿瑪萊特的AR-15沒有真正的競爭對手了。為了符合穿透力要求，由雷明頓公司研制出來的新型.223雷明頓步槍彈。輕型彈藥使得其能夠做的比AR-10還小。即使是將槍管換成簡單的全鋼類型，它也還是比溫徹斯特的設計輕了壹磅（450克）以上。後者空槍重2.89千克，而裝滿彈藥時3.5千克。
它唯壹的問題就是九個月之後，1958年3月31號，當軍方開始測試的時候，AR-15還沒有完全完成研制過程。雨水進入阿瑪萊特AR-15和溫徹斯特的樣槍的槍管時發射都會導致炸膛，而這使得軍隊重新開始等待更大的子彈的出現，這次就是.258英寸（6.55毫米）。雖然如此，他們建議低溫天氣下的測試在阿拉斯加進行。斯通納之後飛往阿拉斯加以更換某些部件，但是當他到達的時候他發現步槍被錯誤的重新組裝了斯通納認為這是操作不當所至要求重新測試。當他回去的時候他驚奇的發現軍方也已經在他到達以前推翻了他的設計，他們的報告也令人驚訝的建議使用.258英寸（6.55毫米）子彈。在讀完這些報告之後，麥斯韋爾·泰勒將軍堅決反對這個設計，並強制繼續生產M14自動步槍。
並不是所有的報告都是負面的。在壹系列的AR-15、M14和AK-47的模擬作戰測試中，軍方發現AR-15的小尺寸和輕重量使得其能夠被快速投入戰鬥，就像大陸軍司令部所說的壹樣。他們最後的結論是壹個裝備AR-15的八人小組能與現有的裝備M14的十壹人小組具有相同的火力。他們同時也發現當發射了壹千發子彈以後AR-15比M14更加可靠具有更少的射擊中斷故障以及卡彈發生的幾率。
這時，創立阿瑪萊特的仙童公司已經花費了145萬元作為研究開銷，而且看上去還遠沒有完。1959年12月仙童將AR-15生產權賣給了柯爾特輕武器公司，只用了耗費萬5千美元現金和保證支付之後銷售額的百分之4.5。1960年阿瑪萊特進行了重組，斯通納離開了公司。 柯爾特公司進壹步完善了AR-15的設計，並開始向軍方高層發起遊說工作。1960年6月，空軍副參謀長柯蒂斯·李梅參觀了AR-15的演示。他立即訂購了8,500支作為戰略空軍基地的防衛用途。柯爾特公司也同國防部高級研究計劃局（簡稱ARPA)進行了磋商，後者購買了1,000支步槍以作為1962年初夏南越南部隊的使用，進行全面的實戰測試與南越南部隊合作的美國特種部隊提交了重要的戰場報告，強調立即采用AR-15的必要性。但是美國陸軍在1962年、1963年兩次復試AR-15，兩次都否定AR-15。但是經過努力，國防部決定對AR-15和M14進行壹次效費比試驗試驗表明AR-15擁有AK-47相抗衡的火力，而且價格更低廉。
美國國防部長羅伯特·麥克納馬拉掌握了兩個沖突的觀點：ARPA報告對於AR-15的青睞，以及五角大樓對M14的肯定。甚至連總統約翰·肯尼迪都對該事件表示了關切。因此麥克納馬拉命令陸軍部長賽勒斯·萬斯測試M14，AR-15以及AK-47。陸軍的測試報告指出M14適合在陸軍使用，但是萬斯懷疑這些測試方式有欠公正。他命令陸軍監察長調查這些測試所用的方法，而後者的綜合報告指出陸軍的測試人員明顯地偏向M14。柯爾特公司開始利用這個事件，他們利用民間媒體譴責軍方測試人員過分地偏袒M14。
試驗記錄證明AR-15確實勝過M14，柯爾特也在政治上獲得支持，駐越南美軍司令威廉·威斯特摩蘭上將提出裝備的請求麥克納馬拉在1963年1月命令M14停止生產。11月，陸軍訂購了85,000支XM16E1作為實驗用途提供部隊試用而空軍另外訂購了19,000支。同時，陸軍正在進行另壹項計劃，輕武器系統（SAWS)，目標是適合壹般陸軍使用的武器。他們強烈建議立即采用這種武器，這其實是變相抵制AR-15，1963年末，空軍正式接收第壹批XM16在當時已經有非正式地稱呼這種槍為M16。1964年2月，空軍將AR-15正式命名為美國5.56毫米口徑M16步槍，空軍的M16與陸軍的XM16E1是不同的，在接下來會說到，後者具有復進助推器。空軍的M16只是對AR-15進行小改動。
1965年當M14隨著美國部隊到了越南，某些使用上的瑕疵開始變得明顯陸軍在通過將近20年的實驗之後，發展了很長壹段時間才得到M14的設計雖然M14可能是M1式加蘭德步槍的良好替代品，但是它並不是好的M1/M2/M3卡賓槍的替代品。M14在狹窄地區或者叢林地區會顯得非常笨重而不能有效發揮作用，即使它比很多專為狹區作戰的設計的槍支還是要輕點。其彈藥比.30-06要輕，也就意味著巡邏時可以攜帶更多的子彈，但還是比.30卡賓槍子彈要重，因此彈藥攜帶量仍然有限全自動射擊經常被批評成浪費彈藥，並且槍彈威力大，在全自動射擊時後坐力使射手不容易精準射擊。因此逐漸的步槍都被鎖定成半自動射擊模式。最後，陸軍花費了相當的時間和金錢將壹種半自動槍械改成另壹種具有長使用壽命但是很小的武器。它很快會被取代，即使這看起來像是內部政治鬥爭的結果。在M14設計的保衛戰中，由加蘭德步槍發展而來的M14要更可靠。當M16正在進行TCC以及許多項改進以增強其可靠性的時候，M14越來越不受關註了，它不適合叢林環境作戰。
同時部隊也在瘋狂的嘗試在面對蘇制AK-47時增加他們自己的火力。他們臨時拼湊使用任何他們能找到的武器例如前二戰武器湯普森沖鋒槍。在越南戰場上的美軍迫切地需要壹種新的輕便的步槍，在未完成充分試驗的情況下，XM16E1被大量的生產，但是很快就獲得了很差的評價。從1966年秋天開始，越南戰場上頻頻傳出出現故障的問題。
對於XM16E1，五角大樓下令將其子彈的發射藥由單基管狀裝藥變成更精細的雙基球形裝藥。這增加了開火的全自動射速，而且使得槍的部件銹蝕得更快，也增加了汙垢，經常出現卡殼和斷殼現象。這個簡單的改變導致的壹些問題被譴責。射擊中斷故障通常是因為生銹的彈膛或發射藥殘渣，差的維護，磨損的部件，或者是這些因素的全部。對於變得更多汙垢，解決的辦法就是重新設計緩沖器來減少循環射速，而部件損壞率因此變回正常水平作為壹種遺留下來的東西，球狀裝藥今天仍然被用作配發彈藥。
槍機輔助閉鎖裝置是出於因為某種原因在緩沖器彈簧不能使槍機成功復位而無法閉鎖的情況下，可以手動完成槍機復位閉鎖。這個位於機匣右側的活塞狀的槍機輔助閉鎖裝置是XM16E1與M16的明顯區別。柯爾特公司，空軍海軍陸戰隊和尤金·斯通納都認為沒有必要增加這個復雜裝置，還因此增加了4.5美元的步槍采購成本，又沒有什麽實際好處。但是三年之後，1967年2月28日，陸軍訂購了84萬支這種版本的步槍，就是後來所稱的M16A1。
柯爾特公司過分誇大了M16測試中體現出來的可靠性，他們宣稱這種槍從來不用被清洗。雖然這種說法可能對於原本配套的IMR裝藥是正確的，但是對於更加精細的，燃燒更快的，比較骯臟的球狀裝藥來說可不是。直接推動機框的氣體操縱系統使用槍管頂部的導氣管將氣體導出到槍機後部和機框凹進處之後的“活塞室”裏面。當燃燒的氣體來到這個區域，它們驅使機框向後移動，然後將多余的氣體經由拋殼窗以及槍機框頂部的氣鍵和槍管裏的氣管之間的空間排出。傳統的設計將活塞保持在槍管的上方或下方，然後從那裏排出多余的氣體。斯通納系統的優點是槍機和槍機框形成的“活塞”是在壹條直線上運行，同時與槍膛處在同壹條軸線上。因此，當槍機框移動的時候槍膛的軸線也不會反向移動。消除單獨的活塞也使得操作變得容易，因為活動機件更少了。這個設計的缺點是它會將火藥氣體直接送到後膛，很容易在槍機組件內積碳。因此，M16需要經常清洗和潤滑來保持其可靠性。
更糟的是，部隊被告知，因為它是劃時代的武器，因此它不需要清洗，從而也沒有配備清洗工具。結果，在戰場上M16經常發生卡殼、槍膛嚴重汙垢、槍管與槍膛銹蝕、拉斷彈殼、彈匣損壞等故障。士兵們經常譏笑這些是壹“玩具槍”還用壹句話來形容發生故障的槍：“妳可以叫它“Mattel”（美國著名的玩具廠商）。這句話後來演變成了壹個民間傳奇，內容就是第壹批M16是部分或全部的由玩具業廠商制造的。
在陸軍和政府內部，關於M16的爭論再壹次發生了。斯通納的最新設計，壹種被叫做斯通納63的武器系列，被送到越南做測試。而SPIW鏢彈武器測試計劃也再次被啟動。幸運的是，冷靜的頭腦占據了主導地位。壹個由國會組成的委員會於1967年報告：“看上去所謂問題重重的M16其實是壹支非常優秀的步槍，其在應用中發現的種種問題均由部隊內部管理不善所致。”M16的清洗工具被迅速的生產出來。壹本漫畫維護手冊也在部隊中流傳來展示M16正確維護的方法。可靠性方面的毛病迅速的消失，雖然對槍的負面評價並非如此。但是這對於壹找到M16就開始使用它的北越南軍隊來說並不是這樣的。
也許M16A1最重要的改動就是引入了在槍膛中鍍鉻以及不久之後在槍管上也鍍鉻。這個改進在最初的SALVO項目測試裏就已經提出了，但是之後被否決了，因為在實際上效費比不高。在當時，沒有壹種可靠的方法可以在壹根.224英寸直徑的槍管裏鍍上鍍鉻。鍍鉻的真正價值在於防止槍管內部生銹。作為壹個接近直墻的內室，最少量的銹粉，生銹的黃銅，沙，汙物，銹點蝕，甚至標記用的油漆粉末都會導致摩擦力呈指數增長。士兵們在戰場上發現第壹發子彈發射出去會在槍膛中產生阻塞。這是因為粗糙的槍膛，約翰遜/斯通納式槍機固有的缺少預抽殼動作以及5.56子彈相對較小的錐度的聯合作用。鍍鉻不但能防止生銹，還能減少摩擦力。沒有進入槍膛的汙垢被壓到發射後的彈殼，並隨著它壹起被排出。
在經歷了坎坷的起步之後，M16已經證明它的可靠性能夠達到使用要求。在1967年年末，當部隊被要求的時候只會拿他們的M16來換取XM177，後者是同壹種武器的卡賓槍版本。
輕型彈藥也是在步槍領域中引起大量爭論的壹種事物。“大威力子彈”的概念即使過了好多年也沒有消亡，而增大口徑的要求壹直延續到1980年代。大部分爭論都集中在蘇聯使用的中間型威力槍彈的7.62×39毫米槍彈，這已經比他們戰時用的“全威力”7.62×54毫米設計縮小了。那些“小口徑”陣營的人相信，在1970年代，當蘇聯采用了壹種類似（或更小）的子彈，尺寸5.45×39毫米，新的蘇聯子彈具有更先進的設計，縮短槍管膛線纏距，使彈頭轉速高，其他采用的理由包括更輕的重量，小的後坐力，全自動射擊中更高的散布精確度，更遠的射程，更平的彈道，以及最後想要與美制槍械保持同步的願望。這裏面的許多優點也用來描述M16。