Во время второй мировой войны винтовка Springfield М1903 А1 подверглась некоторым изменениям, а именно: приобрела своеобразную форму шейки ложи, со слабовыраженной «пистолетовидностью». Примерно в это же время появилась ещё одна, грубо исполненная, модификация данной винтовки – Springfield М1903 А3, которая отличается от М1903 А1 расположением диоптрического прицела: он смонтирован позади окна ствольной коробки, и каналом ствола с двумя нарезами. Ложа первого образца, с прямой шейкой.
Имеется также снайперская модификация винтовки Springfield – это М1903 А4 разработанная и запущенная в производство компанией Remington, которая отличается от других моделей тем, что имеет утяжелённый ствол, меньшие допуски на изготовление всех деталей, и оптический прицел (сначала 2,5х, а затем 8х или 10х). Механические прицельные приспособления у данной модели отсутствуют, как икрепление для штыка. Эта модель также имеет пистолетную шейку ложи.
Говоря о различных модификациях винтовки Springfield М1903 невозможно не упомянуть о универсальной системе, разработанной на её базе американским конструктором Педерсеном. Это так называемое «приспособление Педерсена», превращающее обычную магазинную винтовку в пистолет-пулемёт. Модернизированная для установки данного приспособления винтовка имеет обозначение Springfield М1903 Mark 1. На дистанции от 2000 до 400 метров солдат вёл огонь из винтовки одиночными выстрелами винтовочными патронами. При сокращении расстояния до противника винтовочный затвор извлекался, а на его место вставлялось приспособление Педерсена, далее к нему сверху присоединялся коробчатый магазин на 40 пистолетных патронов .30-го калибра, и винтовка превращалась впистолет-пулемёт. Всего было выпущено около 60 000 приспособлений Педерсена , называвшихся «US pistol, semi-automatic, .30 caliber, 1918», и порядка 100 000 модернизированных винтовок. Но эта система имела ряд крупных недостатков выявившихся в процессе её эксплуатации.
Во-первых, стрелок был вынужден носить двойной запас патронов (для винтовки и пистолета-пулемёта). Во-вторых, приспособление носилось отдельно, и в горячке боя была велика вероятность потерять либо затвор винтовки, либо приспособление Педерсона. В-третьих, из-за разных баллистических характеристик винтовочного и пистолетного патронов, возникали сложности с точностью стрельбы, прицел-то был рассчитан на стрельбу винтовочными патронами. Кроме того, имелись серьёзные проблемы с надёжностью данного устройства, которое оказалось весьма капризным и чувствительным к загрязнению.
В общем, совокупность всех этих факторов привела к тому, что «приспособление Педерсена» в 1920-х годах было снято с вооружения, а винтовки М1903 Mark 1 были переделаны под общий стандарт.
Кроме того, существовал вариант М1903 А2. Это была даже не винтовка, а установленный в специальный адаптер ствол с затворной коробкой и магазином. Адаптер вставлялся встволы артилерийских систем, и использовался для тренировки орудийных расчётов.
Винтовка Springfield М1903 широко использовалась американской армией во всех многочисленных войнах первой половины ХХ века. Её рекорд по долгожительству в армии побила только автоматическая винтовка М-16, принятая на вооружение в 1964 году. Кавалерия генерала Першинга пользовалась «Спрингфилдами» в Мексике. Эта винтовка была главным оружием американской пехоты в первой мировой войне, когда во Франции воевал экспедиционный корпус из Америки. М1903 пришлось повоевать и на Филлипинах. Кроме того, «Спрингфилд» была основным стрелковым оружием в Латинской Америке в период многочисленных, так называемых, «банановых войн».
Даже когда США вступили во вторую мировую войну (7 декабря 1941 года) половина американской пехоты была вооружена магазинными винтовками Springfield М1903 А1, а корпус морской пехоты был вооружён ими полностью, и это не смотря на то что на вооружении американской армии уже находилась самозарядная винтовка Garand М1. Но именно нехватка «Гарандов» стала причиной того, что «Спрингфилдам» пришлось активно повоевать ещё и в этой войне.
К 1942 году ситуация изменилась, армия наконец-то получила достаточно количество самозарядных «гарандов», и винтовки Springfield М1903 А1 и Springfield М1903 А3 были официально сняты с вооружения. Однако их производство продолжалось до 1944 года, а снайперская модель М1903 А4 производилась и по окончании второй мировой войны. Ей пользовались американские снайперы в Нормандии, в Италии, на Гуадалканале и на Окинаве.