乾封二年（667年），李治因久病不愈，命太子李弘监国。
上元元年（674年）八月，李治称天皇，武则天称天后，名为避先帝、先后之称，实欲自尊。十二月武则天上表建议十二事：
李治都同意，下诏颁布施行。武则天能够重视农业生产，规定各州县境内，“田畴垦辟，家有余粮”者予以升奖；“为政苛滥，户口流移”者必加惩罚。所编《兆人本业》农书，颁行天下，影响很大。而武则天执政期间，其宗教政策乃以佛教在道教之上。
上元二年（675年），李治患的风眩症更厉害了，便与大臣们商议，准备让武则天摄政。宰相郝处俊谏道：“陛下奈何将高祖、太宗的天下，不传给子孙而委任给天后啊！”李治因而暂时停议。武则天得知后，就召集了召集大批文人学士，大量修书，先后撰成《玄览》、《古今内范》、《青宫纪要》、《少阳正范》、《维城典训》、《紫枢要录》、《凤楼新诫》、《孝子传》、《列女传》、《内范要略》、《乐书要录》、《百僚新诫》、《兆人本业》、《臣轨》等书。且密令这批学者参决朝廷奏议，以分割宰相的权力，被当时的人称作“北门学士”。同年，太子李弘病逝，改立李治与武则天的二子李贤为太子。
调露二年（680年），李贤因谋逆罪被废为庶人，流放巴州。因此，又立了三子李显为太子。
永淳二年（683），李治驾到奉天宫，当时武则天从封泰山以后，劝李治封禅中岳。李治因患病而终止。李治苦于头痛不可忍耐，侍医秦鸣鹤道：“刺头微微出血，可以治愈。”武则天在帷帐中说道：“此医可斩首，想要在皇上头上刺出血来吗！”李治说：“我苦于头痛，出血未必不好！”侍医就用针刺百会，李治道：“我的眼睛看见了。”不久，诏命皇太子李显代理国政，裴炎、刘齐贤、郭正一等人在东宫任同平章事。李治从奉天宫回东都，病得很厉害，宰相以下大臣都不能晋见。同年十二月，李治驾崩，临终遗诏：太子李显于柩前即位，军国大事有不能裁决者，由天后决定。四天以后，李显即位，是为唐中宗，尊武则天为皇太后。
登基为帝
光宅元年（684年）二月，李显打算任命韦皇后之父韦玄贞为侍中，宰相裴炎力谏，李显生气地说：”朕即使把天下都给韦玄贞，又有何不可？还在乎一个侍中吗？” 武则天以此为借口将李显废黜为庐陵王，并迁于房州。立第四子豫王李旦为帝，是为唐睿宗，武则天临朝称制，自专朝政。 同年九月，徐敬业、徐敬猷兄弟联合唐之奇、杜求仁等以扶支持庐陵王为号召，在扬州举兵反武，十多天内就聚合了十万部众。武后当即以左玉钤大将军李孝逸为扬州道大总管，率兵三十万，前往征讨。十一月，徐敬业兵败自杀。
垂拱二年（686年）三月，武则天下令制造铜匦（铜制的小箱子），置于洛阳宫城之前，随时接纳臣下表疏。同时，又大开告密之门，规定任何人均可告密。凡属告密之人，国家都要供给驿站车马和饮食。即使是农夫樵人，武则天都亲自接见。所告之事，如果符合旨意，就可破格升官。如所告并非事实，亦不会问罪。同时，武则天又先后任用索元礼、周兴、来俊臣、侯思止等一大批酷吏，掌管制狱，如果被告者一旦被投入此狱，酷吏们则使用各种酷刑审讯，能活着出狱的百无一二。这样，随着告密之风的日益兴起，被酷吏严刑拷打致死的人日渐增多。于是在朝廷内外便形成了十分恐怖的政治气氛，以致大臣们每次上朝之前，都要和家人诀别，整天都惶惶不可终日。为奖励告密，武则天对告密者破例授官。是年杀安南王李颖等宗室十二人，又鞭杀故太子李贤二子，唐之宗室被杀戮殆尽，其幼弱幸存者亦流岭南。
武则天谋夺李唐的社稷，翦除唐宗室，诸王不自安，欲起兵对抗。还未有共识的时候，博州刺史琅邪王李冲，垂拱四年（688年）八月于博州（今山东聊城东北）举兵。豫州刺史越王李贞起兵豫州（今河南汝南）呼应。武则天分遣丘神勣、魏崇裕击之。琅邪王李冲起兵七日败死；九月，越王李贞兵败自杀。武则天想尽除李氏诸王，使周兴等审讯之，迫韩王李元嘉、鲁王李灵夔、黄国公李撰、东莞郡公李融、常乐公主等自杀，亲信等均被诛。
同年，武则天命令薛怀义率令万多人，毁乾元殿，建明堂，花了近一年落成，高二百九十四尺，阔三百尺。共三层，上为圆盖，有条九龙作捧著的姿态。上有铁凤，高一丈。饰以黄金，称为“万象神宫”。明堂既成，又命僧薛怀义铸大像，大像的小指也可以容纳数十人，于明堂北起五层高的天堂来收纳这个大像。所花费用以万亿计，政府财政为之枯竭。武承嗣命人凿白石为文曰：“圣母临人，永昌帝业。”号称在洛水中发现，献给武则天，武则天大喜，命其石曰“宝图”。之后武则天加尊号为“圣母神皇”。
天授元年（690年），武则天宣布改唐为周，自立为帝，定洛阳为都，称“神都”，建立武周王朝。
载初二年（691年）七月，法明等撰《大云经》四卷，说武则天是弥勒佛化身下凡，应作为天下主人，武则天下令颁行天下。命两京诸州各置大云寺一所，藏《大云经》，命僧人讲解，并将佛教的地位提高在道教之上。九月侍御史傅游艺率关中百姓九百人上表，请改国号为周，赐皇帝姓武。于是百官及帝室宗戚、百姓、四夷酋长、沙门、道士共六万余人，亦上表请改国号。武后准所请，改唐为周，改元天授。尊号圣神皇帝，改元天授，但仍以李旦为皇嗣，赐姓武氏。立武氏七庙于神都，追尊周文王曰：始祖文皇帝。立武承嗣为魏王，武三思为梁王，其余武氏多人为王及长公主。
女皇岁月
长寿元年（692年）九月，武则天派王孝杰与阿史那忠节率军出征西北。十月二十五日，王孝杰大破吐善，收复龟兹、疏勒、于阗、碎叶安西四镇，设安西都护府于龟兹。在群臣一致反对的情况下，武则天毅然加派安西四镇成兵3万。这一措施使安西四镇从此安定，直到唐玄宗时再无反复。
长寿二年（693年）正月初三，杀皇嗣李旦的妃子刘氏、德妃窦氏。初七，将皇孙李成器降等封为寿春郡王，恒王李成义降为衡阳郡王，楚王李隆基降为临淄郡王，卫王李隆范降为巴陵郡王，赵王李隆业降为彭城郡王。九月初九，武则天加号“金轮圣神皇帝”，施行大赦，赐准聚饮七日，制作金轮、白象等“七宝”。 十四日，武则天追尊曾祖父烈祖昭安皇帝为浑元昭安皇帝，祖父显祖文穆皇帝为立极文穆皇帝，其父太祖孝明高皇帝为无上孝明高皇帝。
长寿三年（694年），武三思率四夷首领请以铜铁铸天枢，立于端门外，以歌颂武则天的功德。武则天亲题曰：“大周万国颂德天枢”。天枢铸造历时八月而成，高一丈，用铜铁二百万斤。
天册万岁元年（695年）正月初二，武则天加号为“慈氏越古金轮圣神皇帝”，改年号为“证圣”。施行大赦，赐准聚饮三日。 五月，契丹首领李尽忠和孙万荣率兵起义，攻陷营州，杀都督赵文翙。武则天派将军曹仁节、张玄遇、李多祚等率兵征讨。由于误中吐蕃伏兵，全军覆没。接着，武氏再派武攸宜、王孝杰等率兵讨伐，均大败而归。神功元年（697年）四月，武则天又派武懿宗、娄师德、沙咤忠义率兵二十万，讨伐契丹。六月，孙万荣兵败被杀，契丹余众归降于突厥。
神功元年（697年），酷吏来俊臣欲罗告武氏诸王及太平公主，又欲诬皇嗣（唐睿宗）及庐陵王（唐中宗）与南北衙共同谋反，拟一网打尽。武氏诸王与太平公主都十分害怕，共同揭发其罪行，下狱处以极刑。仇家争食其肉，不一会就食尽。来俊臣凶狡贪暴网罗无辜，织成反状，杀人不可胜计。“赃贿如山，冤魂塞路”，武后亦知天下愤怨，下令数他的罪状，并没收其家财。
圣历元年（698年），武承嗣、武三思谋求当太子，几次使人对武后说：“自古天子没有以异姓当做继承人的。”武则天犹豫未决，狄仁杰对武后说：“姑侄之与母子，哪个比较亲近？（武承嗣、武三思皆武后之侄，中宗、睿宗则武后之子），陛下立儿子，那么千秋万岁后，会在太庙中作为祖先祭拜；立侄子，那么从未听说侄子当了天子，把姑姑供奉在太庙。”又劝武则天召还李显。从此，武则天没有立武承嗣、武三思为太子的心思，于是召李显回洛阳，皇嗣李旦请求逊位于庐陵王，于是武则天立李旦为皇太子，命为元帅，狄仁杰为副元帅率兵击突厥。…
