XM16E1全面配發到部隊後首次在戰鬥中登場是在1965年11月越南德浪河谷(Ia Drang)的戰鬥,而且表現得相當好。哈爾· G ·摩爾(Harold G . Moore)中校(後升為中將)在報告中寫道:這次勝利是由“勇敢的士兵和M16帶來的”。(題外話:哈爾·摩爾與當時的隨軍記者約瑟夫·L·蓋洛威合寫了一本關於德浪河谷戰鬥的回憶錄,書名為《勇士們》,該書在2002年被拍攝成同名電影,由梅爾·吉勃遜主演。賣座不錯)
在解決了故障頻頻的問題後,下一個最迫切的問題,就是如何把更多的步槍交到正需要它們的步兵團的手上。直到1966年,柯爾特公司都是M16/M16A1的唯一生產商,月產25 , 000支。1967年6月30日,美國政府購買了M16槍族的專利、特許生產權和TDP(Technical Data Packages,包括生產圖紙、工藝文件在內的詳細技術資料),這樣他們就可以指定其他承包商來生產更多的步槍,使部隊能更快地獲得大量新武器。由於擔心飯碗被搶走,柯爾特公司的員工馬上展開了持續兩個月的罷工來反對這項決定,不過美國陸軍最終還是增加了兩個生產M16的承包商。在1968年4月,通用汽車公司的Hydramatic分部(Hydramatic Division of General Motors Corporation)和哈靈頓·理查森公司(Harrington & Richardson)開始生產M16/M16A1,月產分別為25,000支。1969年柯爾特公司擴建,M16的月產量達到50,000支。1970年5月,三家公司的最高月產量達到89,000支。到1971年,通用公司和哈靈頓公司相繼停產M16/M16A1,而柯爾特則仍在為美軍提供M16/M16A1步槍,直到1988年。
M16與AK47的首次較量是在越南戰場上,在很多對比兩支槍性能的報導中都會提到當時很多美軍士兵在繳獲AK47後,寧願扔掉M16而使用AK47,由於過去的年代美國國內媒體在評論外國武器時有貶美褒外的習慣,因此這種情況常常被誇大地描寫,使人感覺到M16系列十分不可靠。然而事實上美國士兵仍掉M16步槍雖然確是存在的事實,但卻遠不如人們所想像的普遍。在哈爾· G ·摩爾的《勇士們》中多次提到戰鬥中M16出現故障時的解決的方法往往是一些人使用傷員或陣亡人員的步槍繼續戰鬥,而另一些人則蹲在散兵坑底排除故障。因為在戰鬥,除非自己的武器確實無法使用又沒有後備武器,否則一般人都不會冒險在火線下撿敵人的武器使用,那通常是在戰鬥結束後打掃戰場時才悠哉游哉地干的事情,此外使用不同型武器還涉及到訓練水平的有效發揮和配用彈藥供應等問題。
在黛咪· 摩爾主演的電影《G . I . Jane 》中海豹隊員在M16 的槍口上套上避孕套的情節並非虛構,據說M16 的說明書上說明槍管進水後不能立即射擊,不過我並沒有在美國陸軍或海軍陸戰隊的野戰手冊和技術手冊中發現這一條(也可能是我的英文不佳,沒能仔細看完這4本合共幾千紙,如果有知道的人請告訴我) 。事實上美軍往槍口上套避孕套是個老傳統。其實避孕套最主要的作用並不是防水,而是防止槍膛內進入異物,如果有沙子碎石堵塞在槍膛內,即使可靠有如AK這樣的名器也可能發生膛炸。有一些武器生產商為槍械配套生產塑料製的槍口帽,非常薄和軟,萬一射擊前忘記摘下來也不會發生意外,例如奧地利的AUG,這些簡單的塑料槍口帽經常會被弄掉,但也不會有人心痛,而且很容易找到替代品。俄國兵就在AK-74的槍口上套上用過的信號彈紙殼筒。M16雖然可靠性不佳,但也並非差得讓人難以接受。儘管曾被預言M16在沙漠環境中使用將會產生很多問題,但M16槍族在1991年波斯灣戰爭中的表現還是相當可靠和受士兵信賴的。
當美國深陷越戰泥潭時,還出現了幾個M16的衍生型,除了CAR-15系列和XM177系列外,還包括兩種短命的輕型狙擊步槍。一種是柯爾特655型,或稱為M16A1特種高輪廓型(M16A1 Special High Profile),是在標準的A1式提把上增加瞄準鏡座,並採用重型槍管。另一種是柯爾特656型,又稱為M16A1特種低輪廓型(M16A1 Special Low Profile),該型號沒有提把,代之以一個可調整風偏的機械瞄具和瞄準鏡座,這是現在的M16/M4平頂型機匣的先驅,該型號同樣採用有護圈的準星在重型槍管。這兩種步槍都採用Leatherwood/Realist的3 ~ 9 倍ART瞄準鏡。其中一些型號配備有消聲器,但這些步槍都不是標準化。
Mk . 4 Mod0是在越南戰爭期間為美國海豹突擊隊生產的M16A1的另一種鮮為人知的變型槍,並且在1970年4月獲得採用。它與標準M16A1的主要區別在於為海上使用而提高了防腐處理,並預裝有一個消聲器。大部分部件被塗上一層Kal-Guard潤滑油,有一個直徑1/4英寸的小孔經過槍托和緩衝管用作排水,通過一個O型環增強了緩衝組件的固定方式。據說該型號可以在200英尺(約60m)水深攜帶而不會損壞。最初使用的Mk . 2 Mod 0 “槍口衝擊抑制器” (Blast Suppressor)以美國陸軍人體工程實驗室(Human Engineering Lab,簡稱HEL)的M4式消聲器為基礎。如果使用HEL M4消聲器,會導致導氣管的氣體能量降低,因此需要改進機框的設計,同時要在拉機柄上增加了一個氣體偏流裝置,以免射擊時從拉機柄處溢出的火藥氣體打到射手身上(AR/M16式步槍都有這個缺點,如果安裝消聲器,最好是換一個有擋氣功能的加大拉機柄)。結果經此改進的槍在裝上HEL M4消聲器時能夠正常地半自動或全自動射擊,但如果拆卸了HEL M4消聲器則每次單發射擊後都必須用手裝填。而Mk . 2 Mod 0消聲器雖然是作為Mk . 4 Mod0步槍的一個整體部件,但已經經過改進,即使拆卸了消聲器步槍仍然可以正常動作,Mk . 2 Mod 0消聲器還能迅速排水,而且不需要專門改進機框或拉機柄。在1970年代後期,Mk . 2 Mod 0消聲器被騎士軍備公司(Knight's Armament Company,簡稱KAC)生產的Mk . 2消聲器代替,KAC消聲器可以完全浸水,而且裡面的水在8秒內將會排乾,M16A1連發射擊也不會降低消聲效果。而美國陸軍則以結構更簡單的SIONICS MAW-A1消聲/消焰器(Studies in Operational Negation of Insurgency and Counter-Subversion)來代替HEL M4。