1988年美國陸軍也改採用了M16A2(由Colt承包),並開始進行先進戰鬥步槍(ACR)的計畫,這時又有提供給非前線戰鬥人員和空降部隊的卡賓槍使用需求提出。美國陸軍部授命柯爾特公司在陸軍部與海軍陸戰隊聯合參與下,重新展開XM4的研發和第二階段的測試。經過進一步測試和改良後,1991年3月槍枝正式定型,並命名為「美國5.56公厘北大西洋公約組織口徑M4卡賓槍」(The United States Carbine, Caliber 5.56mm NATO, M4)。其最大改良為在槍管距離準星座前25毫米的位置上增加一縮頸,用以掛裝M203榴彈發射器,此外也能改裝成固定槍托;由於M4和M16A2構造十分相似,甚至有高達85%的零件可以互換,因此最初也有人稱其為M16A2卡賓槍,主要用於替代M16A1/A2步槍、M3衝鋒槍和車輛駕駛員使用的部分9公厘手槍,並於1994年正式裝備。