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设计，柯尔特公司的型号编号为720型，而在军方的测试计划中称为XM4。但国会否决了海军陆战队的XM4采购预算，结果武力侦察连不得不采用海军的HK MP5…N*来代替老旧的M3A1*，而其他的美军特种部队则在1988年开始使用的RO727等其他M16A2*。
美国陆军的试验与鉴定司令部（TECOM）在1986年4月重开XM4*的研制工作和第2阶段试验。经过进一步试验和改进后，XM4在1991年3月被正式定型并命名为“美国5。56mm北大西洋公约组织口径M4*”（The United States Carbine； Caliber 5。56mm NATO； M4）。M4与其他M16A2*最明显的区别特征是其枪管在距离准星座前25mm的位置上加工了一个缩颈的形状，这是在后来的试验中为了挂装M203*发射器而作出的改动。为了能够挂装原有的M203*发射器，M16A2在护木内的枪管直径与M16A1是相同的，但*的护木较短而护木外又采用M16A2式的厚枪管，因此柯尔特的工程师就在护木外的枪管中段加工了这个缩颈，这样就能挂装M203*发射器。固定*也能装上去用，但在美军中并不常见有这样做的。
M4*还把原本只有两个固定位置的伸缩式*改为有四个固定位置，再后来又改为六个。另外M4的照门虽然是M16A2式的，但表尺最远只可调到600米，而非M16A2的800米。由于下机匣是M16A2的，因此射击方式为半自动和三发点射。由于M4和M16A2非常相似，事实上它们有80％的零件可以互换，因此最初也称为M16A2*。M4首先装备82空降师，用于取替M16A1/A2步枪、M3A1*和车辆驾驶员使用的部分9mm手枪，1994年正式列装。
M4*首次参加实战是在1991年的海湾战争，战争爆发前美军突然发现他们缺少新步枪，许多部队仍在使用M16A1，而M16A2只是在1986年才开始陆续装备，有许多部队还没有完成换装。由于需要尽快获得大量的M16A2和M4，因此美国国防部批准增加M4的供应商，缅因州的*轻武器公司（Bushmaster Firearms）获得一份供应M4*的采购合同，并为陆军供应了4；000支M4，这批枪在“沙漠盾牌”和“沙漠风暴”期间被第82空降师使用，据说施瓦茨科普夫将军（Schwarzkopf）的卫兵也是使用*M4。然而当时美军还没有取得M4的生产权（因为美国政府已经获得M16的生产权，因此当年才能把M16A2的生产合同判给FNMI），柯尔特威胁将会控告美国政府未经许可就向其他公司转让M4的工艺文件，结果*就只得到这一份M4的政府采购合同。
在M4装备部队后，柯尔特又设计了一种用皮卡汀尼导轨代替固定提把的平顶型机匣，方便安装模块化 装有XM26散弹枪的M4*的瞄准装置。在1994年8月这项改进也被美军接纳，并把这种平顶型M4正式命名为“美国5。56mm北大西洋公约组织口径**”（The United States Carbine； Caliber 5。56mm NATO； *），在柯尔特公司的编号则为927。由于特种部队不喜欢M4*的点射限制装置而使用其他可全自动射击的M16A2*，因此*也采用了M16A1的下机匣。但在试验中发现*的枪管容易过热，有射手以全自动方式连续打完6个弹匣后护木就烫得不能直接用手去碰。尽管*是一把*而不是轻机枪，但为解决这个问题柯尔特对护木进行了改进，把铝制隔热屏由原来的单层改为双层，因此也相应地加粗了护木直径。这项改进后来也应用在新生产的M4*上，所以早期的M4/*上的护木和以前的M16*是一样的，而后来的M4/*护木都比较粗。
在1994年，海军陆战队发表了《任务需求文件1。14。》（Operational Requirements Document 1。14。），该文案中宣称从长远目光看待武力侦察连的任务，采用**代替发射手枪弹的MP5…N*作为CQB武器会更有效。通过一番努力，海军陆战队最终获得资金购买*，但主要是装备特种部队。而美国陆军也在1994年8月正式采用M4/**，首先装备特种部队和快速反应部队。
限制3发点射的M4*多数装备车组成员、机组成员、文书或军官，例如M1坦克车组成员多年来是使用4支M3A1*作为自卫武器的，现在则改为两支M4*和两把M9手枪。由于平顶型机匣方便安装瞄准镜，除了早期的订货是有A2提把外，现在美军所有采购的M4均采用平顶机匣，配用的瞄准镜主要为Trijicon公司的TA11和TA31 ACOG及Aimpoint M68 CCO。目前的政府标准型M4系列为柯尔特920型（平顶M4，快慢机为“S…1…3”）和柯尔特921型（*，快慢机为“S…1…F”）。
配备KAC M4 RAS护木的柯尔特925型*经过测试后被定型为M4E2，但这个名称似乎由于对已有的*安装这个护木后是否需也应更改名称的困惑而被放弃。美国陆军野战手册中把安装RAS的M4系列称为模块化武器系统（Modular Weapon System）或简称M4 MWS。
尽管*是为特种部队研制的，但陆军在1998年宣布，计划在常规部队中用带RAS护木的*取代M16A2作为制式步枪，而原来的M16A2则转交预备役部队和海岸防卫队（注：另一些资料指出换装计划是从1997年11月起进行，打算至1999年底全部换装完毕）。为什么陆军会打算用一种*来取代标准的突击步枪呢？陆军的解释是*比M16A2轻，而且足以有效对付200米射程内的目标；有另一种解释是当“陆地勇士”系统装备部队时，*能够减轻系统总重量。但其实还有另一个传言，说陆军内部有一些高级将领仍然对FNMI在1988年凭价格优势击败柯尔特获得M16A2的供应合同而耿耿于怀，因为FNMI是外国背景公司。假如陆军决定采用一种不同型号的步枪，这样就有理由不继续履行与FNMI的采购合同了。
对于*的采购引发了许多争议，而且当柯尔特获得陆军的生产合同后，FNMI随即提出他们也能为陆军生产*。陆军拒绝了这个提议，于是FNMI向美国联邦法院提出诉讼，指美国政府指定唯一的承包商是不公平的。联邦法院在柯尔特的运动下驳回了FNMI的申诉，解释说M4系列的技术是柯尔特专有的，而且按照柯尔特与陆军在1997年12月达成的协议，军方在2011年前都不得向其他生产商授予M4系列的生产权或转让工艺文件。
陆军采购*的高峰是在2000年前后，在2001年美国陆军最终决定让常规部队装备RAS护木的M16A4，似乎是对那个传言的佐证，陆军仍然是从柯尔特采购M16A4。
由于较短的枪管导致初速较低和膛口噪声较大，护木也比长步枪更容易发热，因此海军陆战队是在采用*还是要保留M16A2的问题上反复争论，最终在2002年9月宣布将用带RAS护木的M16A4代替M16A2，但却是由FN生产的。在阿富汗战场上许多徒步战斗的步兵抱怨*存在射程不足的缺点，促进了海军陆战队的这一项决定，然而在2003年入侵伊拉克的城市战斗中，那些仍在使用M16A2的机械化步兵却认为他们更需要像M4这样短小精悍的轻武器，这是因为城市中的战斗距离比阿富汗山区要近得多，而且即使在城郊作战，这些机械化部队成员都没必要用手中的轻武器去对付300米外的目标，而那些抱怨*射程不够的部队多数是缺乏重武器支援的轻步兵。
虽然M4系列的有效射程没有长枪管的M16系列远，但是许多军事分析家认为步兵轻武器大多数情况下不需要射击300米目标，只要在150m内有效就足够了。M4系列由于紧凑的外形和强大火力（仅限可全自动的*）适合CQB而受到反恐部队和特种部队的喜爱，这些优点也适用于城市战斗，因此在常规部队的步兵班中，以M16A4为主再搭配少量*成为流行的模式，而在特种部队和空降部队等快速反应部队中，*则是主战武器，美国特种作战司令部（USSOCOM）把*采用为制式步枪。
在近几年，柯尔特又生产了加厚护木内枪管部分的*或改装套件，在枪管整体加厚后虽然会略为增加重量，但全自动射击时更耐热也更准确。这些采用重型枪管的武器还配有一个重量稍大并被称为H2的新缓冲器。标准的H缓冲器里面有一块钨和两块钢组成的滑动配重，而新的H2缓冲器改为两块钨和一块钢。目前这些武器被称为柯尔特921HB型（重枪管），但军队采用的HB改进型并没有重新命名，所以政府型*是包括了921和921HB。
除了在美军装备外，M4系列也出口到其他国家，而柯尔特也向执法机构提供RO777、779、977和979这4种型号的M4/*。
Colt公司除了RO977外，另外又向执法机构提供了�