В 1978 г. началась программа PIP модернизации М16А1. Под новый 5,56x45 НАТО (американское обозначение М855) была разработана новая модель М16А2, принятая на вооружение в 1982 г. Первые поставки в корпус морской пехоты США начались в 1984 г., в армию — в 1985 г.
Главные отличия М16А2 («Модели 701» по обозначению «Кольт»): для повышения точности стрельбы установлен отяжеленный ствол длиной 510 мм. с более толстыми стенками и большей крутизной нарезов; длина хода нарезов уменьшилась с 305 мм до 178 мм. что дало возможность также использовать удлиненные пули (например, трассирующую с увеличенным зарядом трассера), не снизив, а, наоборот, повысив их устойчивость; изменена конструкция дульного тормоза-компенсатора-пламегасителя; переводчик выполняется в варианте одиночный огонь/ огонь фиксированными очередями; установлен ночной прицел на 800 м, с регулировкой в двух плоскостях; усилена ствольная коробка, цевье треугольного сечения заменено «круглым» (по типу карабина М655), изменена форма пистолетной рукоятки; изменена технология производства ряда деталей.