1964年10月，第一批M16型步枪开始配发美国驻越南的部队。M16全面配发到部队后首次在战斗中登场是在1965年11月越南德朗山谷中的战斗。在这次战斗中，美国海军陆战队的一支机动增援部队于越南北方的正规军进行了一场攻防战。
由于越南军队方面经常在夜间发起攻击，因此美军的任务主要以阵地防御为主。而且表现得相当好。越战退伍军官哈洛德·摩尔·朱利奥尔（HaroldG.MooreJunior）中校（后升为中将）在报告中写道：这次胜利是由“勇敢的士兵和M16带来的”。但是当M16配发的数量增加时，关于战斗失败的报告也是这样写的。在1967年5月，一名海军陆战队员所写的家信中就有这样的内容：“我今天上船时刚好收到了你的信。从上个月的21号到今天我们都在实施一次行动。
目前敌人伤亡很大，而海军陆战队的伤亡比较轻微所以我才能回到基地看报纸。让我给你一些统计数字看看为什么说伤亡轻微。在我们团里减员了1400人，有半数的人能回来。而我们排里只有19人回来。对于这么一支外形颇像太空武器的枪，美国士兵们对它喜忧参半。”M16步枪的战斗全重只有3.78千克，要比M14步枪的5.26千克的重量轻了42%，全枪的总长度也减少了11厘米，这对于越南丛林复杂的地形来说无疑方便许多。
美军士兵对这支枪的印象也颇具好感，对于采用铝合金冲压件和工程塑料的M16步枪来说，绝对要比M14粗笨的外形吸引人们的目光。在射击方面，M16给士兵们的直接感觉是易于控制，在进行连发射击时，由于后坐力较小，瞄准基线在枪身的震动下虽然有些改变，但都是在可控制的范围内。
1965年，美国的一支巡逻队在行军途中与越南游击队遭遇。M16终于有了一次和老冤家AK47进行正面交手的机会。当时，游击队方面从树林中冲出，准备迂回，然后对美军巡逻队进行包围。美军巡逻队采用大环形射击阵位进行固定射击。经过15分钟的激战，越南游击对被击退。事后，美军士兵在谈到M16步枪的表现时，普遍对其赞赏有加。有人反映：M16步枪的砧孔式瞄准具瞄准速度快，对射手移动捕捉目标较为有利。
在越南作战的美军普通反映M16、M16A1火力猛、重量轻，比M14易于携带。据在越南作战的美军第一骑兵师的一位指挥官P·W·肯德拉中尉介绍，该师的一个班被三面包围在山上，为了呼叫直升机火力支援发射了信号弹。北越士兵以为他们要撤退，于是加快了进攻速度，结果受到M16A1的猛烈射击，伤亡惨重。
当时北越士兵经常采用挖地道偷袭的方法令美军吃了大亏，后来美军特种部队就埋伏在探听到的地道出口附近，北越士兵刚出来就被M16密集的火力所射杀，于是他们称M16为“黑枪”。他们还经常谈论：“小黑枪与小弹能打出大窟窿”。
对于M16步枪的表现，越南北方士兵的评价也较高，据当时的一些越南北方的士兵称，美国人配备的一种步枪火力很猛，它能在瞬间射出几十发子弹，而且弹药散布很小，比美国原先使用的M14型步枪的作战效能要高很多。由于美军出于阵地防御的角色，而且弹药补给很充足，因此他们经常以连发的形式向越军进行快速而密集的射击。
在某些方面M16步枪的威胁有时要高于M60机枪，因为这些步枪机动性很强，而火力又不亚于轻机枪。对于M16步枪能否压制住AK47突击步枪，越南士兵的经验较为客观。
他们与配备M16自动步枪的美军士兵交火后，普遍反应M16步枪的射击密集性和射击精度要好于AK47连发射击时的状态。
但是在200—300米的距离上，AK47的射击效果要好于M16，M16在200米左右时散布开始增大，而且弹头减速较快。但是，M16步枪单发射击的精度要远高于AK47突击步枪。
这是由于M16自动步枪的枪管较长的原因。但是，两种枪的交火次数虽然很多，AK47突击步枪在越南丛林作战中并没有显现出比较明显的劣势。
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