M4是M16的短管型，而M16是第二次步槍大論戰的結果。第二次世界大戰後，北約剛剛成立，急需在彈藥口徑上統一，好簡化後勤和提高通用化程度。英國提議7毫米中等威力彈，但美國堅持以全威力的0.30～0.60溫徹斯特彈為基礎。美國的強勢壓倒了英國的反對，北約在1954年採納了7.62x51毫米北約彈，各國以此為基礎，研製了多種突擊步槍，如美國的M14、德國的G3、比利時的FN FAL等。但使用7.62毫米北約彈的突擊步槍列裝後，很快發現彈藥重量太重，更大的問題是後坐太大，手持連發時，毫無精度可言。
早在1952年，美國陸軍的兩份重要研究報告已經指出了未來步槍彈藥的發展方向。霍爾報告指出，高速連發對子彈命中率的作用遠高於彈道精度。希契曼報告則指出，絕大多數輕武器交戰發生在300米以內的距離。雷明頓公司因此在原用於小動物狩獵的0.222瓦明特彈基礎上，研製了5.56毫米M193彈，用於小口徑突擊步槍。尤金·斯通納在阿馬萊特公司時代設計了AR15使用，新的5.56毫米SS109彈，最後成為M16突擊步槍。在北約盟國還在向標準化的7.62毫米的北約彈轉型的時候，美國反而在1963年自說自話地向5.56毫米新口徑轉型了。
輕巧、便於連發射擊的M16遠比笨重、實際上不能用於連發射擊的M14受到越戰美軍的歡迎，叢林戰和巷戰中交戰距離近，M193彈在遠距離時的弱點反映不出來，何況美軍步兵班依然裝備7.62毫米的M60機槍。但小口徑子彈遠端威力不足的問題已經悄悄浮現了，菲律賓政府軍用M16和使用二戰時代的0.30～0.6彈的M1加蘭德步槍的游擊隊對打的時候，常常為射程不足、無法還手而苦惱。
由於美軍自顧自大批列裝5.56毫米的M16，北約被迫再次研究子彈口徑標準化的問題，在1977～79年展開第二次步槍大論戰。實際上，大家心裡都明白，北約被迫統一到5.56毫米口徑已經是鐵板釘釘的事情，這時候再論戰，只是陪太子讀書。最後，比利時的SS109彈勝出。和M193相比，SS109的彈頭重量加大，穿透能力有所提高，但殺傷能力有所下降。
多年來，SS109彈的有效性沒有受到過質疑，至少在靶場上，SS109彈解決了M193彈容易受到風偏影響和穿透能力不足的問題，但911之後的反恐戰爭是SS109彈第一次經受大規模戰爭考驗，SS109彈沒有經受住考驗。伊拉克戰場還是巷戰居多，射程問題不突出，但游擊隊躲在房屋裡或汽車後，SS109彈經常不能有效穿透。阿富汗戰場野戰居多，SS109彈的射程和穿透力問題十分突出，在遠距離上或者目標有簡單防護時，常常出現擊中目標但不能造成有效殺傷的情況，使用M4的時候這個問題尤其突出。
短小的M4適合於乘車或者機降作戰。M4的尺寸小，重量輕，在近距離的火力優於衝鋒槍，可以使用M16的所有附件，但遠端火力更加不足。這對缺乏重火力支援、依靠手中步槍的特種部隊尤其要命。M4的槍管短，初速下降，子彈動能和動量都不足，造成小口徑子彈殺傷所依賴的彈頭破裂和翻滾效應的下降。在150米以內，M4的殺傷效果和M16沒有差別，但在更遠的距離上，殺傷效果急劇下降。在阿富汗，常有目標被擊中但不能造成有效殺傷的事。M4較短的槍管也使槍口噪聲和槍口焰更為嚴重。
全部換裝為7.62毫米武器也不解決問題，子彈重量大的問題不說，連發控制很糟糕的老問題馬上就回來了。為了解決M4殺傷不足的問題，美國研製了6.8x43毫米雷明頓SPC彈和6.5x39毫米格蘭戴爾彈，就是為了解決5.56毫米SS109彈的殺傷力、射程和穿透力的問題。代價當然就是子彈的重量、後坐都有所上升。
早年推出M193彈的雷明頓和美國特種部隊合作，在保持子彈全長和大體尺寸不變的情況下，加大彈頭口徑，推出6.8毫米的雷明頓SPC彈，殺傷效果、穿透效果和射程明顯優於SS109彈，但射程還是明顯不如7.62毫米北約彈。另一個美國團隊研製了6.5毫米格蘭戴爾彈，雖然口徑小於6.8毫米雷明頓SPC彈，但彈頭更加細長，彈頭品質更大，遠端效能甚至優於7.62毫米北約彈。有意思的是，6.8毫米雷明頓SPC彈似乎是SS109彈擴大口徑的結果，但6.5毫米格蘭戴爾彈似乎是從AK47使用的蘇聯7.62x39毫米M43彈開始，把彈殼縮頸，配用細長的重彈頭。
兩種新的中等威力彈都具有優秀的遠端效能，格蘭戴爾彈甚至有潛力取代5.56毫米的SS109彈和7.62毫米的北約彈。用30發5.56毫米SS109彈大體相同的彈匣的話，6.5毫米Grendel彈可以裝彈25～27發。考慮到後者的單發威力有很大提高，不再需要多次命中，實際上戰場持續戰鬥能力有所提高。不過人們對於這兩種沒有經受時間考驗的新彈不放心，美國特種部隊在阿富汗實戰評估雷明頓SPC彈，到現在還沒有任何一個國家的軍隊向新口徑大量換裝。事實上，這兩種新彈是5.56毫米SS109彈和7.62毫米北約彈之間的妥協。既然是妥協，就要有所犧牲，依然難以作為理想口徑。
M4的另一個問題來自於M16的直接導氣式設計。M16的直接導氣式設計將推動子彈前進的高壓燃氣的一部分通過導管引到後方，推動在槍管底部的活塞，帶動自動機構，完成退彈、裝彈和再擊發過程。直接導氣式作動機構的運動部件少，運動和槍管軸線重合，對射擊精度的影響小。相比之下，AK47那樣的導氣活塞式設計使高壓燃氣推動活塞，通過連桿推動槍機，運動部件多，活塞－連桿平行於槍管運動，就是單發也影響射擊精度。M16的高溫燃氣和通過槍口進入的異物可以通過導氣管長驅直入進入槍機，容易造成堵塞和卡住。相比之下，導氣活塞式的粗大氣缸（槍管上平行的管子）和活塞對汙染就十分不敏感。越南戰場上，埋在河床或泥沙裡的AK47被起出來，不經清潔就可以直接打的例子很多。在伊拉克，女兵林奇和她的戰友們的M16被風沙堵住而卡殼，而伊拉克武裝分子的AK47依然打得歡，最後林奇被俘，戰友陣亡。
AK47最大的“罪名”是射擊不精確。 有意思的是，同樣使用導氣活塞的比利時FNC和德國G36沒有精確性的問題，以色列“加利爾”和瑞士SIG550有狙擊步槍版本，芬蘭Rk95在類似“愛爾納突擊”的野外生存和射擊比賽中，曾在狙擊手的“薩科”TRG41狙擊步槍故障時，觀察手用自己的RK95在600米外首發命中。看來精確性是AK47製造品質上的問題，而不是設計原理上的問題。
德國HK將G36的導氣活塞和M4的基本結構相結合，保留M4槍機的下半部，用套件換掉上半部和槍管，在外觀和使用上和M4很相象。HK416已經被美國特種部隊採用替代M4，美國陸軍普通部隊要求換裝HK416的呼聲也很高，但美國陸軍高層抵制了很久，聲稱全面換裝HK416的成本和效益不成比例，同時在等待光開花不結果的“理想單兵武器”。戰事不等人，伊拉克和阿富汗前線的美軍官兵對M16和短管的M4的可靠性怨聲載道，迫切希望換裝HK416，終於驚動了美國國會。在國會的命令下，美國陸軍被迫對M4、XM8 （以G36為基礎發展而來，原本作為下一代突擊步槍，現下馬）、SCAR（比利時FN為美軍特種部隊研製的模組化突擊步槍）和HK416進行了一次對比試驗。每種槍抽試10枝，參試武器在兩個月內經受至少25小時嚴重沙塵的環境，每枝槍打6萬發子彈，其間測試故障率。測試結果表明，XM8的故障率最低，只有127次；SCAR其次，為226次；HK416再後，但和SCAR差別不大，為233次；但M4的故障率高達882次，比HK416高4倍！