武则天与唐高宗生4个儿子，由于他们都处于皇权斗争的最前沿，其间矛盾在所难免。
李弘是武则天的长子，生于永徽三年(652年)，显庆元年(656年)立为太子，为太子19年，数次镇国，亲理政务，礼敬大臣，人际关系颇好。上元二年(675年)，从幸合壁宫，病发而死，享年24岁。
李弘之死是千百年来人们指责武则天凶狠的一条重要理由，这是根据史书上说她毒死了自己的亲生儿子。其实，李弘太子真正的死因是患肺结核病。肺结核病在古代被称之为痨瘵。痨瘵在当时是不治之症，终于在4年之后病人膏盲，一命归天。从唐高宗颁发的诏书和唐高宗亲自撰写的孝敬皇帝睿德记碑文都能清楚地看出这个事实(关于李弘的死因，历史上有争议)。
李贤是武则天的次子，生于永徽五年(654年)十二月十七日拜谒昭陵的途中。李贤是武则天比较有才华的儿子，曾经注《后汉书》献于朝。上元二年(675年)，李弘死后立李贤为太子，时年22岁。5年之后，永隆元年(680年)，太子已27岁，可能他对父母配合的理政方式不满意，所以其行为常令武则天不满意。武则天曾令北门学土择撰《少阳正范》、《孝子传》赐太子，以示规劝。在不见成效的情况下，武则天多次作书批评指导，怎奈太子又颇好歌舞和女色，与户奴赵道生等关系特殊，多赐金帛。司议郎韦承庆上书谏劝也不听。有人告发此事，朝廷派宰相薛元超、裴炎和御史大夫高智周审问，又从东宫马坊搜得皂甲数百领，作为谋逆证据。户奴赵道生也如实交待了太子派他杀死正议大夫明祟俨的全部经过。这样就构成一桩谋逆案，于是武则天提议废除太子，以示惩戒。八月二十二日，废太子李贤为庶人，幽于别所，严惩同党。太子洗马刘讷言送给太子的小说《俳谐集》被搜出来，唐高宗看后大怒曰：“以六经教人犹恐不化，进俳谐鄙说，哪里是辅导之义？”立判刘讷言流于振州。左卫将军高真行之子高政，为太子典膳丞，事有牵连，唐高宗交其父训责。高政才入门，其父高真行和伯父户部侍郎高审行及堂兄高璇立即把他杀死。苏州刺史曹王李明、忻州刺史嗣蒋王李炜，按太子同党给以降爵和除名的处分。
处分李贤后的第二天(八月二十三日)，册立李显为太子。开耀元年(681年)十一月八日，迁废太子李贤于巴州。光宅元年(684年)正月，武则天派左金吾将军丘神绩到巴州监视李贤，结果丘神绩到巴州后竞通令李贤自杀。为此，武则天降罪于丘神绩，贬为叠州刺史。四月十五日，为李贤举哀于显福门。次日，追封李贤为雍王。过了不久又召回丘神绩，再为左金吾将军。
李贤之死，史学家郭沫若认为是裴炎从中作祟，怕召回李贤对自己不利，故假传圣谕杀死李贤。这一看法很有道理。裴炎是查处李贤案的主持人，不论行为是否公正，李贤怀怨是完全可能的。在巴州枉杀李贤有可能是裴炎的政治目的。武则天在事后查明此事真相又不能马上怪罪裴炎，所以在当年九月，众官都力保裴炎的情况下，武则天断不听从，立斩裴炎于都亭。正是这件事给了武则天沉痛的教训，因此，在废掉李显14年后，为再起用李显而接其回朝廷时，采取了一个十分谨慎的办法。圣历元年(698年)三月初九，派徐彦伯到房州，瞒过宰相狄仁杰和所有朝臣，巧妙地接回李显。
《狄梁公传》记载：“后潜发内人十人到房州，宣敕云‘我儿在此，令内人就看。州县长吏，抑数出数人，无令混杂，阴令内人一人代庐陵王，庐陵王穿内人衣，以旧数还。’州县不悟。数日达京，朝廷百僚一无所知。”这样周密的安排，显然是汲取了李贤被害的沉痛教训后不得已而作出的。武则天怕儿子再度被害的心情，从此可见一斑。
李显是武则天的第三个儿子，显庆元年(656年)十一月初五生于长安，永隆元年(680年)八月二十三日立为太子，弘道元年(683年)十二月十一日称帝，为中宗，时年28岁。称帝后于次年年初改元嗣圣，二月初六，被废为庐陵王。其原因是他在即位仅2个月内便欲以岳父韦玄贞为侍中，又欲授乳母之子五品官。宰相裴炎固争以为不可，李显大怒曰：“我以天下与韦玄贞何不可！而惜一侍中邪？”裴炎害怕，告知武则天。武则天决定废唐中宗为庐陵王。初七，立相王李且为皇帝，改元文明，政事决于武则天太后，命李旦居于别殿，不得有所干预。从此，开始了武则天临朝称制独揽朝政的年代。九月，武则天改元光宅。
光宅元年(684年)四月二十二日。迁庐陵王李显于房州，二十六日迁均州，次年三月二十一日再迁房州。从此，李显开始了14年的幽居生活，直至圣历元年(698年)召回朝廷立为太子。李显于神龙元年(705年)再次称帝，在称帝后的第五年(景云元年)六月被韦皇后及安乐公主毒杀于神龙殿，享年55岁。看唐中宗李显的一生行事，被认为是个平庸之才。武则天当年废李显实属先见之明，14年后再度起用乃是无可奈何之举。
李旦是武则天的第四个儿子，于龙朔二年(662年)六月初一出生，光宅元年(684年)称帝，为睿宗，时年22岁。称帝后改元文明，但一直未管理朝政，武则天临朝之初被幽于别官。20多年后，景云元年(710年)又称帝，由于不善处理朝政，两年后于延和元年(712年)让位于三子李隆基。由此看，唐睿宗李旦也是个平庸天子。
人常说“知子女莫若父母”。武则天之临朝正是知道儿子的无能，若自己退位交出皇权无异于自献首级，她和唐高宗奋斗一生的基业将会落入宗室王公之手，她与她的子孙们也只能面临死亡。所以，武则天挺身临朝，在击败政敌之前，子孙幽闭宫中，一则防乱，二则保护子嗣，更防他人挟皇子乱天下造成母子之间的战乱。在击败政敌之后，铺平了通往帝座的道路，她安安稳稳地当了15年的女皇帝，最后将帝位传给了儿子。