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；fnfal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**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**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买入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m14，11964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