斯通纳本人一直对M16A1情有独钟，所以对于M16A2的改进一直耿耿于怀。他曾经说过，改进前和改进过程中，从来没有征求过他的意见，改完后才让他看；他还形容M16A2除了护木以外，其它改动没有任何价值。他已经忘记了M16A1的起家正是基于使用部队的呼声。
海军陆战队改进的M16A1命名为M16A1E1，较之M16A1有如下改进：
改用比利时SS109枪弹（美军型号M855），膛线缠距由12英寸改为7英寸，理论射速达到700~900RPM；
护木前方的枪管外直径加粗到18.5mm，接近消焰器直径，以增加枪管坚固性，提高单发精度，枪管因此加重170克；
为节省弹药，将连发射击方式改为三发点射；
为符合人体工程学，枪托加长了16mm，以便于抵肩方式进行瞄准射击，更坚固耐用；
三角形左右两半式的护木改为圆柱形上下两半式，护木外表有散热肋条，也可以起防滑作用；
原直径2mm的觇孔改为5mm，以方便瞄准近距离运动目标，准星尖由圆柱形改为方柱形，照门的风偏和高低可调；
取消了枪口消焰器上的两个下方的开孔，以抑制枪口上跳和避免卧射时枪口扬尘；
抛壳口后面增加了一块凸起，阻止弹壳后抛，方便左撇子射手使用；
枪托、护木和握把材料改用纤维增强尼龙；
枪托有防滑底板，直形小握把改为有手指槽的握把。
在1981年夏季期间，M16A1E1进行了非常彻底的测试，并且在1982年9月定型为M16A2，但直到一年后，即1983年11月20日它才正式地被海军陆战队采用。而此时陆军中的部分人正试图说服相关部门不要采用M16A2，虽然他们也承认大量的M16A1在长期使用和训练中已经很损耗严重了，但最后，陆军还是在1985年采用了M16A2。
1986年，美国陆军部宣布在8年内（1986~1994）采购2000万支M16A2步枪进行全面换装。本来，柯尔特公司也参与了M16A2的改进计划的，但在1988年，柯尔特公司却因为报价高于FNMI（比利时FN公司在北美开设的制造厂）而失去美国陆军订购M16A2的生产合同，结果美军装备的M16A2枪身上被打上了FNMI的标志。
M16A2的初始型号只具备半自动和3发点射功能，这迎合了某些美国陆军高级军官的主张。而英国专家特别赞赏这种发射方式，他们认为“可控的3发点射可以得到较高的命中率，这比一下子向敌方喷射10或15发子弹要好。”
但美国一些军事专家和技术专家激烈反对。因为这种设计思想从根本上动摇了突击步枪的宗旨。突击步枪在战术使用上的主要意图是借助突然和猛烈的火力阻止、压制、歼灭或震慑敌人。所以M16A2定型后又推出有一些有全自动发射功能的改型，不过这些全自动的M16A2多用于出口，美国陆军和海军陆战队装备的多是三发点射的美国政府标准型（Model 645）。另外，柯尔特公司向执法机构销售的M16A2名称为RO901。
在这件事上，斯通纳本人也是激烈地反对M16A2的初始型号，他并不反对3发点射机构，但反对用3发点射代替全自动射击，因为这完全背离了他当初设计M16的初衷。早在20世纪60年代，美国有相当一部分军人倾向于步枪的半自动射击方式，理由是全自动射击白白浪费弹药，当时斯通纳据理力争。不少专家发现在二战当中，大约有4/5的M1伽兰德步枪手在战斗中不扣扳机，距BAR步枪越近的士兵越是呆看BAR连续射击的壮观场面，因此士兵得出“半自动在实战中无用”论。斯通纳认为半自动步枪即使在一名训练有素的士兵手中也难以发挥威力，原因有以下几点：①选择目标时犹豫不决；②敌人一反击就停射；③邻兵伤亡时分散精力；④扣一发响一发，由于紧张甚至恐惧弹头射出去不是偏高就是偏低。具有全自动射击方式的步枪则完全是另一回事。士兵握住着BAR这样的枪会感觉到他已经控制着一个区域，只要敌人在这个区域，就hose it down（用子弹橡皮水管浇它——形容全自动射击的美军俚语）。
虽然美军对M16步枪进行了多次改进，但M16仍有许多不尽人意之处。例如野战分解比较复杂；全枪较长，机动性较差；加粗枪管会提高性能，但影响到M203榴弹发射器不能挂装而只好只加粗护木以前的枪管；三发点射机构设计不佳，每发射3发凸轮转动一圈，如果中断射击停止的位置不同，再次扣动扳机的扳机力就不一样以致影响单发射击精度等等。其中一个重要问题就是枪机太轻，惯性小，容易出现后坐不到位或复进不到位的故障，尤其中泥水或风沙等恶劣环境中受影响最大。
在黛米摩尔主演的电影《G·I·Jane》中海豹队员在M16的枪口上套上避孕套的情节并非虚构。M16的说明书上说明枪管进水后不能立即射击，这是因为M16的导气管太长太细，如果进水使会影响自动射击。如果士兵需要携枪潜水，一个基本的解决方法是在枪口上紧紧地套上避孕套。
不过，尽管曾被预言M16在沙漠环境中使用将会产生很多问题，但M16枪族在海湾战争中表现得非常可靠。
1987年9月底，美国陆军提出了“美国陆军轻武器总规划”，规划中坦承当时美国在轻武器方面没有技术优势，是近斯的一种过渡措施，M16A2作为单兵武器至少要装备到1994年。在1989年开始的ACR（先进战斗步枪）计划的目的之一就是寻求M16A2的替代品。但由于没有一个ACR的参与竞争者能表现出综合性能比M16A2有大的提高，这个计划最终被取消。
现在美军已经抛弃了某些人所主张的“轻武器万能论”，肯定了单兵武器并不是单独作战的，而是主要对付有生目标、轻型车辆和防御工事内的敌人。至于轻装甲目标和低速空中目标则由其它专门武器对付。M16系列仍可满足目前的基本使用要求，所以美军决定继续改进和使用M16系列，至少会用到2010年。
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