m4卡宾枪还把原本只有两个固定位置的伸缩式枪托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，4首先装备82空降师，用于取替m16a1/a2步枪、m3a1冲锋枪和车辆驾驶员使用的部分9mmshǒu • qiāng ，1994年正式列装。
m4卡宾枪首次参加实战是在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，缅因州的大毒蛇轻武器公司（bushmasterfirearms）获得一份供应m4卡宾枪的采购合同，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（scharzkopf）的卫兵也是使用大毒蛇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，结果大毒蛇就只得到这一份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卡宾枪的瞄准装置。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m4a1卡宾枪”（theunitedstatescarbine,caliber5.56mmnato,m4a1），在柯尔特公司的编号则为927。由于特种部队不喜欢m4卡宾枪的点射限制装置而使用其他可全自动射击的m16a2卡宾枪，因此m4a1也采用了m16a1的下机匣。但在试验中发现m4a1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m4a1是一把卡宾枪而不是轻机枪，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卡宾枪上，所以早期的m4/m4a1上的护木和以前的m16卡宾枪是一样的，而后来的m4/m4a1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.》（operationalrequirementsdocument1.14.），该文案中宣称从长远目光看待武力侦察连的任务，采用m4a1卡宾枪代替发射shǒu • qiāng 弹的mp5-n冲锋枪作为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m4a1，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/m4a1卡宾枪，首先装备特种部队和快速反应部队。
限制3发点射的m4卡宾枪多数装备车组成员、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冲锋枪作为自卫武器的，现在则改为两支m4卡宾枪和两把m9shǒu • qiāng 。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ta31acog及aimpointo。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（m4a1，快慢机为“s-1-f”）。
配备kacm4ras护木的柯尔特925型卡宾枪经过测试后被定型为m4e2，但这个名称似乎由于对已有的卡宾枪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（modulareaponsystem）或简称m4ms。
尽管m4a1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m4a1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卡宾枪来取代标准的突击步枪呢？陆军的解释是m4a1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，m4a1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。
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