景云二年（711年），李旦听从宰相姚崇、宋璟、张说的建议，命李隆基监国，并将可能威胁到太子地位的李成器等诸王全部削去兵权，同时让太平公主迁居蒲州。但太平公主却到李旦面前哭诉，不但留在了京中，还将姚崇、宋璟贬出了朝廷。 后来，李旦又要传位给太子，虽在群臣的谏阻下未能如愿，但却将政务全部交给李隆基处理，自己仅掌握军务、死刑的处决权，以及五品以上官员的任免权。
先天元年（712年）八月，李旦因彗星出现，禅位于太子李隆基，退为太上皇，但仍掌握三品以上官员的任命权以及重大刑案的裁决权。他每五日在太极殿接受群臣的朝贺，仍旧自称为朕。而皇帝李隆基则只能自称为“予”。 当时，太平公主依仗李旦的信任，在朝中仍有强大的势力，七位宰相有五人出自她的门下，文武百官也大都依附于她。她公然提出要废掉皇帝，因宰相陆象先反对而未遂。后来，李旦有意遣皇帝李隆基出京巡边，但最终却因故延期，将日期改为明年八月。
先天二年（713年）七月，李隆基为了夺回皇帝应有的权力，发动先天政变，派禁军捕杀窦怀贞、萧至忠、岑羲等太平公主党羽，并赐死太平公主。李旦初闻变乱，与宰相郭元振登承天门避乱。他得知李隆基已扑灭太平公主的势力，遂下诏宣布窦怀贞等人的罪状，而后正式归政于皇帝，并迁居百福殿，颐养天年。至此，李隆基终于掌握了全部朝政。
晚年病逝
开元四年（716年）六月，李旦在百福殿病逝，终年五十五岁。 是年十月，李旦被葬于桥陵（在今渭南丰山），庙号睿宗，追谥大圣贞皇帝（《新唐书》作大圣真皇帝）。
天宝八载（749年），李旦被改谥为玄真大圣皇帝。
天宝十三载（754年），李旦又增谥为玄真大圣大兴孝皇帝。
为政举措
政治
李旦两次称帝，但第一次完全是母亲的傀儡，只有第二次登基期间才算真正掌权。他即位初期，以姚崇、宋璟为宰相，并在其辅佐下，革除弊政，整修纲纪，拨乱反正，使朝政呈现出一派振兴气象，史称“复有贞观、永徽之风”。
而与此同时，李旦还非常信任妹妹太平公主，常与她一同商议朝廷大政，甚至到了“每入奏事，坐语移时；或时不朝谒，则宰相就第咨之”的地步。每有宰相奏事，李旦都要先问：“可曾与太平商量过吗？”然后才问：“可曾与三郎（太子李隆基）商量过吗？”当得知了太平公主和李隆基的意见后，他才做出决定。当时，太平公主可谓是权倾朝野，权势甚至超过了李旦。
李旦即位后的第二年，便失去了刚即位时的进取精神。他任用窦怀贞、崔湜等为宰相，并将已经罢免的斜封官全部恢复，使得朝政出现腐败和混乱的现象，史称“复如景龙之世”。 后来，李旦不听大臣劝谏，征发数万民工，耗费一百万缗，大肆拆毁民居，为女儿金仙公主、玉真公主修建道观。他还在太平公主的请求下，恢复了昊陵、顺陵的陵号，并设置陵官。
景云二年（711年）五月，李旦以山南道、陇右道所辖区域阔远为由，将山南道分为山南东道、山南西道。他又将陇右道黄河以西的凉州、甘州、肃州、瓜州、沙州、伊州、西州等七州划出，设置河西道，并设置节度使、支度使、营田使等职。 贺拔延嗣成为首任河西节度使，节度使从此成为朝廷正式官职。
是年六月，李旦又拟将全国（不包括洛州及近畿州）分为二十四个都督府管区，令都督纠察所管州刺史以下官吏，但因都督权柄过大，遭到群臣反对，未能实行。他又废除负责地方监察事务的右御史台，设置十道按察使，负责监督地方政治，使得按察使一职成为常设官员。
军事
主词条：冷陉之战
景云元年十二月（711年1月），奚族南侵，劫掠渔阳（治今天津蓟县）、雍奴（治今天津武清东北）等地，而后经卢龙塞（即今河北喜峰口）退回漠北。幽州都督薛讷率军追击，但却未能追上。不久，李旦将薛讷调任为并州长史，以左羽林将军孙佺接任幽州大都督。
延和元年（712年）六月，孙佺不听部将劝谏，出动两万步兵、八千骑兵，与左骁卫将军李楷洛，左威卫将军周以悌兵分三路，袭击奚族，结果在冷陉地区（在今内蒙古巴林右旗）被奚族酋长李大酺所率八千骑兵击败。他谎称是奉旨前来招抚，并诬称是李楷洛不受节度而擅自出战，同时将紫袍、金带、鱼袋以及军中锦帛万余段赠予李大酺，以示和好。李大酺让孙佺还师。孙佺仓惶撤退，部伍大乱。李大酺乘势追击，俘获孙佺、周以悌，送往突厥斩首。唐军全军覆没。
外交
景云二年（711年）正月，后突厥默啜可汗遣使请和，并请求和亲。李旦封宋王李成器之女为金山公主，许嫁默啜，并命鸿胪卿和逢尧出使突厥。默啜遂改穿唐人冠带，南拜称臣，派其子杨我支及国相入朝迎亲。但最终因李隆基即位，亲事废除。
景云二年十二月（712年1月），李旦册拜西突厥兴昔亡可汗阿史那献为招慰十姓使，让他招抚西突厥治下十姓部落。
景云元年（710年），安西都护张玄表侵掠吐蕃北境。吐蕃通过贿赂鄯州都督杨矩，向朝廷索取河西九曲之地（在今青海东南部）。李旦采纳了杨矩的建议，将河西九曲作为金城公主的汤沐邑，赠予吐蕃。
姚州蛮是南蛮的一支，主要聚居于剑南道西南的姚州（治今云南姚安），曾依附于吐蕃，后又归附唐朝。景云元年（公元710年），李旦听从代监察御史李知古的建议，在姚州修筑城池，设置州县官署，重征租税。李知古征发剑南道府兵前往筑城，还打算趁机铲除蛮族各部豪杰，掠其子女为奴婢，结果引起蛮民怨怒。蛮酋傍名引导吐蕃攻入姚州，杀死李知古，以其尸身祭天。从此姚州一带通往内地的道路断绝，连续多年都未能打通。
文教
景云二年（711年），李旦命太子李隆基到太学行释奠礼。
太极元年（712年），李旦命官府拨付三十户人家，负责孔宣父祠庙（即曲阜孔庙）的清洁洒扫工作。不久，李旦再次命李隆基释奠于国学，并追赠颜回为太子太师、曾参为太子太保。他还规定每年春秋两次释奠，以四科弟子（即孔门十哲，指德行科颜回、闵损、冉耕、冉雍；言语科宰予、端木赐；政事科冉求、仲由；文学科言偃、卜商）、曾参配祀孔子，列于二十二贤（贞观年间配祀孔庙的左丘明、何休等二十二位先儒）之上。
轶事典故
辅政之议
上官婉儿在唐中宗死后，起草遗诏，曾想让韦皇后听政，并由李旦辅政。但宗楚客却道：“相王辅政，于理而言并不适宜，何况他和皇后又是叔嫂关系。自古礼制讲究叔嫂不通问，到时临朝之时，他和皇后又该如何为礼呢。”他率诸宰相上表，请韦皇后临朝摄政，罢去了李旦的辅政之权。
天子问道
李旦崇信道教，曾召见天台山道士司马承祯，向他请教阴阳术数。司马承祯道：“所谓‘道’，就是损之又损，以至于无为。”李旦又问：“对于个人修行来说，无为是最高的境界，那么治理国家的最高境界又是什么呢？”司马承祯答道：“治理国家与个人修行是一个道理，只要顺应世间万物的自然发展，屏除私心杂念，国家便可趋于大治。”李旦大为赞赏，将司马承祯比喻为教育黄帝的广成子。
绳奸之论
侍御史杨孚执法严明，纠劾官吏，不避权贵，因而受到权贵的诋毁。但李旦却道：“在老鹰搏击狡免时，必须赶紧帮助它，否则它就会反被狡免咬伤。御史绳奸（指纠劾奸恶）也是这个道理。如果君主不对他多方保护，他必会被奸恶之徒所咬伤。”
传德避灾
太平公主为了除掉太子李隆基，在彗星之事上借题发挥，指使术士向李旦进言：“彗星出现标志着除旧布新，而位于天市垣内的帝座星、心前星均有变化，这一切都预示着皇太子将要成为天子。”她本意是指太子将会篡位，想借此挑拨李旦与李隆基的父子关系，引起李旦的猜忌之心。但李旦却认为这是天意让他禅位太子，决定“传德避灾”。 …
