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１９５６年，ＡＲ—１０参与美国陆军的选型试验，当时Ｔ４４Ｅ４和Ｔ４８步枪也已经进入了最后的测试阶段。ＡＲ—１０在试验过程中因枪管过热导致枪口装置松动，连续撞击钢衬管而严重开裂，于是它的选型资格被取消了。虽然ＡＲ—１０无法与前述两种步枪竞争，但两年后仍有少量的ＡＲ—１０卖到了其他国家，如苏丹和葡萄牙。后来，ＡＲ—１０引起了美国陆军威莱德·维曼将军的注意，他要求斯通纳和阿玛莱特公司设计高初速的．２２口径步枪。新的设计要求符合下列各项要求：有２０发容量弹匣；装弹后重量少于６磅；能选择射击方式；每发子弹能在５００米射程上穿透标准钢盔、防弹衣或３．４ｍｍ厚的钢板。
根据这些要求斯通纳开始了研制工作。他的第一个设计是传统式的设计，但在全自动射击时完全无法控制，于是，１９５７年他开始设计缩小型的ＡＲ—１０。
ＡＲ—１０的设计组把ＡＲ—１０按比例缩小成口径为．２２２的自动步枪，只用了６个月时间就提交了６支样枪由阿伯丁试验场评审。为了能达到最后一项５００米穿透力的要求，斯通纳要求雷明顿公司改进他们的初速３３００英尺／秒（１００６ｍ／ｓ）的５５格令．２２２雷明登步枪弹，而研制出来的新型弹药就是著名的．２２３雷明顿步枪弹。除了口径外，ＡＲ—１５的枪管改为全钢制枪管，并采用短的棒状消焰减震器，原本位于提把内的钩型拉机柄改成提把后方的Ｔ型拉机柄，其他方面仍然与ＡＲ—１０一样。
斯通纳的新步枪ＡＲ—１５其实是把许多其他步枪的设计思想和特点集合起来，包括：Ｍ１９４１约翰逊步枪的闭锁装置；ＦＮ ＦＡＬ的机匣盖和枪尾；Ｔ—２５的枪管同轴式直枪托；英国ＥＭ２的带有照门的提把；德国ＭＰ４４突击步枪的抛壳口防尘盖；瑞典杨曼步枪的导气系统，不过斯通纳设计的导气系统减少了几个活动零件，使步枪操作更为简单，生产成本也降低了一些。
另外由于当时的新型弹药允许步枪采用铝合金和塑料等轻型材料，因此ＡＲ—１５空枪重只有６．３５磅（相当于２．８９公斤）。但是斯通纳认为没有必要给枪膛镀铬，而且当时阿玛莱特公司也没有给枪膛镀铬的工艺能力，但军方在第二次世界大战期间的研究表明，对自动武器来说枪膛镀铬是大有好处的，因此军队宣布从Ｍ１４步枪开始，以后生产的步枪都要镀铬。
ＡＲ—１５的出现引起了美国军方的注意，从１９５８到１９５９年，陆军在本宁堡、奥德堡和阿伯汀试验场等地将ＡＲ—１５与Ｍ１４进行多次对比试验。
通过试验，表明ＡＲ—１５重量轻、易操控、易于分解结合，而且步兵部门报告说ＡＲ—１５会是Ｍ１４步枪的一个合适的替代品。但在稍后的测试中暴露了一些问题，如枪口焰大、精度不好、侵彻力差、使用３０发弹匣时故障率高，而且当雨水进入ＡＲ—１５的枪管中时发射会导致膛炸。斯通纳又重新设计并加强了枪管，但军械工程人员说问题仍然存在，这是．２２口径枪管可以预期的问题。美国陆军对ＡＲ—１５失去了兴趣，参谋长麦克斯韦·泰勒将军也不支持ＡＲ—１５而建议继续生产Ｍ１４。于是，阿玛莱特公司决定停止对ＡＲ—１５的研究，为了偿还一百四十五万美元的研制费用，仙童公司在１９５９年１２月把ＡＲ—１５的设计、制造与销售权以现金７５０００美元和４．５％的提成卖给了柯尔特武器公司。１９６０年，阿玛莱特公司进行改组，斯通纳在这次改组期间离开了阿玛莱特公司。
柯尔特公司进一步完善了ＡＲ—１５的设计，同时有一些外国军队也看中了这种革命性的新步枪。ＡＲ—１５最早的买家之一是英国陆军，他们采购了一批供ＳＡＳ在婆罗洲使用，值得一提的是，ＳＡＳ的对手印尼军队也是ＡＲ—１５最早的用户之一。
柯尔特公司把公司未来命运的赌注押在了ＡＲ—１５身上。柯尔特公司决定向军方高层发起一次大胆的攻势。首先，柯尔特公司开始攻击Ｍ１４步枪，然后，柯尔特公司试图影响国防部的其他高层官员。第一个被说服的高官就是当时的空军副参谋长柯蒂斯·李梅将军。在１９６０年６月４日，空军在德克萨斯州的一个空军基地试验了ＡＲ—１５，事后李梅将军确定采购８５００支ＡＲ—１５步枪以代替战略空军司令部的岗哨所装备的Ｍ２卡宾枪。柯尔特公司用同样的方法去影响美国国防部高级研究计划局（ＡＲＰＡ）。ＡＲＰＡ也认为ＡＲ—１５在实战中使用很适合，于是在１９６１年８月，越南军援咨询小组要求购买１０００支ＡＲ—１５让南越军队进行全面的实战测试，当时的国防部长批准了这一要求。在１９６２年初夏这项采购计划得以实施，通过实战测试，表明ＡＲ—１５在性能上优于其他武器。而美国陆军在１９６２年、１９６３年两次复试ＡＲ—１５，两次否定ＡＲ—１５，理由是远距离上精度差，易损坏。但在空军与军援咨询小组的努力下，国防部决定对ＡＲ—１５和现役的Ｍ１４进行一次效费比试验。ＡＲＰＡ的报告指出：通过对ＡＲ—１５和Ｍ１４的效费比试验表明，如果装备一定数量的ＡＲ—１５会使美国步兵拥有同装备ＡＫ—４７的苏联步兵相抗衡的火力，而且价格上也相当低廉。美军驻越南总司令威斯特摩兰也多次作出装备的请求，麦克纳马拉在１９６３年１月２３日命令Ｍ１４停止生产。此时，空军将在越南使用的ＡＲ—１５命名为ＸＭ１６。在１９６３年１１月４日，柯尔特公司获得一份１０４０００支ＸＭ１６的生产合同——其中８５０００支提供给陆军的特种部队与空中机动战术部队，另外１９０００支供空军的空降特种部队使用。
M16A1步枪演变取代M14（1）
１９６４年２月８日，空军把装备的ＡＲ—１５正式命名为“美国５．５６ｍｍ口径Ｍ１６步枪”。同时，陆军把他们装备的试验型命名为ＸＭ１６Ｅ１。ＸＭ１６Ｅ１与Ｍ１６的区别在于其枪机增加了枪机辅助闭锁装置（枪机到位助推器，更形象的称呼为“辅助推机柄”），而Ｍ１６的拉机柄只有拉动枪机功能，无法助推，一旦因为某些原因使枪机不能复进到位，枪机就无法闭锁。１９６７年美国陆军决定全面换装改进型的ＸＭ１６Ｅ１，并将ＸＭ１６Ｅ１正式命名为Ｍ１６Ａ１。Ｍ１６与Ｍ１６Ａ１在外形上的惟一区别就是有没有一个活塞状的枪机到位助推器。
１９６６年６月１６日，柯尔特公司获得一份８４００００支步枪的合同，价值约９１７０００００美元，Ｍ１６的销量非常好。但是在１９６５年至１９６７年期间，一些主要的问题就暴露出来。
对于ＡＲ—１５能成为Ｍ１６，Ｍ１４起到了很大的作用。２０世纪５０年代，在北约进行“弹药通用化”即要在北约内统一枪弹口径时，美国认为Ｔ６５式７．６２×５１ｍｍ枪弹射程远、穿透力强，坚决反对任何降低威力的小口径弹药。于是１９５３年，北约正式决定Ｔ６５弹为北约制式弹。１９５７年，美国进行制式步枪的选型试验，参与竞争的步枪包括有已经定为北约制式武器的ＦＮ ＦＡＬ步枪、斯通纳的ＡＲ—１０和在Ｍ１伽兰德半自动步枪基础上设计的Ｔ４４全自动步枪。
其实选型试验的结果早已内定。美军的制式步枪是不会用外国货的，ＦＡＬ的参与只是做做样子；ＡＲ—１０在试验时出了问题，立即被取消了资格。于是Ｔ４４步枪理所当然地取胜，并定型为Ｍ１４。
Ｍ１４刚刚装备部队就立即在越南战场投入使用，在越南的丛林山区中，Ｍ１４的缺点暴露无遗。Ｍ１４全长１１２０ｍｍ，带实弹匣时全重４．５４ｋｇ，由于７．６２ｍｍ枪弹威力大，在全自动射击时后坐力非常大，射手不容易控制，从而导致射击精度很差。还有一点就是在越南战场上配发的Ｍ１４都安装了快慢机锁，士兵只能是半自动射击，在ＡＫ－４７强大火力的压制下，使用Ｍ１４的美军士兵根本就抬不起头来，简直是苦不堪言。此外由于步枪和弹药都太重，通常在巡逻任务中的单兵携带的弹药量一般都不超过１００发子弹。因此，在越南战场上的美军迫切地需要一种新的步枪取代Ｍ１４步枪。１９６３年美国国防部长麦克纳马拉下令Ｍ１４立即停产，随后Ｍ１６便赶赴越南战场救火了。
Ｍ１６全面配发到部队后首次在战斗中登场是在１９６５年１１月越南德浪河谷的战斗，而且表现得相当好。哈罗德·Ｇ·摩尔中校（后升为中将）在报告中写道：这次的胜利是由“勇敢的士兵和Ｍ１６带来的。”
但是从１９６６年秋天开始，越南战场上频频传出Ｍ１６出现故障的消息。在１９６７年５月，一名海军陆战队员所写的家信中就有这样的内容：
“我今天上船时刚好收到了你的信。从上个月的２１号到今天我们都在实施一次行动。目前敌人伤亡很大，而海军陆战队的伤亡比较轻微所以我才能回到基地看报纸。在我们营里失去了接近１４００人，有半数的人能回来。我们连里失去了２５０人，有１０７人回来。我们排里失去了７２人，有１９人回来。我想我的运气到头了，他们（死神）最后也会找上我的。可是，我只是被一块小弹片打中了。我希望我的伙伴们都可以说这样的话。
……信不信由你，你知道是什么东西杀了我们大部份的人吗？是我们自己的步枪。在我们离开冲绳岛之前，我们全部都配发了这种新式步枪－－Ｍ１６。实际上我们发现几乎每个人在临死的时候都在维修他的步枪－－因为他的步枪出故障了。有一位跟我们在一起的女记者拍下了这些照相，五角大楼发现后不让她公开这些照片。他们说不希望影响到美国公众的情绪。这不是很可笑吗？”
柯尔特公司立即派出了几个专家小组奔赴现场，美国参议院武装部队委员会、《美国步枪手》杂志等也派人前往调查，进行采访。当时发现Ｍ１６存在的主要问题有：弹膛污垢严重、拉断弹壳、卡壳、弹匣损坏、枪膛与弹膛锈蚀、缺少擦拭工具，尤其是在恶劣条件下，这些情况更为严重。此时，由凯萨琳·利莱拍摄的这些照片在巴黎《竞赛》杂志上公开，消息传到国内，引起一片哗然，批评Ｍ１６的浪潮此起彼伏。
这些故障的原因是多方面的，越南气候潮湿，温度很高，若不注意对枪的擦拭维护，就很容易产生生锈的情况，但其中将其改用步枪弹发射药是最主要的原因。Ｍ１６原本所用的Ｍ１９３枪弹原装杜邦公司的ＩＭＲ４４７５单基管状药，这种药燃速快、压力曲线升得快、残渣少。可是杜邦公司通知陆军说他们无法大量生产ＩＭＲ４４７５。１９６４年１月，陆军决定采用奥林公司的ＷＣ８４６双基球形药，他们认为这种发射�