当上皇后之后，武则天并没有就此罢休，反而变本加厉向更高权位迈进。显庆五年（公元660年）十月，李治因为风疾发作，不能处理国家大事，武则天借机自荐帮忙处理朝政。李治最开始统一大权便放开手让武则天处理，但经过一段时间发现，武则天权力欲望太强，甚至差点夺得自己的帝权，李治心生不满，于是与武则天之间感情出现裂痕，便想借机将武则天的皇后位置给罢免了。麟德元年（公元664年），李治便暗示宰相上官仪起草废掉武则天的诏书。哪里知道墨迹还未干，武则天就及时发现，于是她软硬兼施，使得李治废掉皇后的事以失败告终。皇后位置未废，武则天权势更盛，她又建议与高宗一起上朝，临朝听政，合称“二圣”。这时的李治基本无法再控制武则天，也就只能无可奈何地同意了。
当了天后，武则天迅疾显示出卓越的政治才能，她提了12条关于政事的建议：一、劝农桑，薄赋徭；二、给复三辅地（免除长安及其附近地区之徭役）；三、息兵，以道德化天下；四、南、北中尚（政府手工工场）禁浮巧；五、省功费、力役；六、广言路；七、杜谗口；八、王公以降（下）皆习《老子》。九、父在为母服齐衰（丧服）三年（过去是一年）；十、上元（年号）前勋官已给告身（委任状）者，无追核；十一、京官八品以上，益禀入（增加薪水）；十二、百官任事久，才高位下者，得进阶（提级）申滞。
以上12条建议，李治全部同意，并立即开始实施。另外由于武则天当过尼姑，对于佛教十分推崇，在她掌权后，便将佛教的地位排在了道教之上。同时，她还以“亚献”的名义与李治一块封禅泰山，而且还给百官赐爵加阶，使百官对她感恩戴德，其政治影响力远远超过了高宗李治。
永淳二年（公元683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。
不过，这个中宗李显连高宗也不如，典型的软弱皇帝。在光宅元年（公元684年）二月，中宗李显想任命自己的岳丈韦玄贞为侍中，当时的宰相裴炎力谏，李显居然傻不拉几地说：“朕即使把天下都给我的岳丈韦玄贞，那又怎么样呢？我怎么会在乎一个侍中？”
听到这消息，武则天十分气愤，便趁此为借口将李显废黜为庐陵王，并迁于房州。之后，武则天又立自己另外的一个儿子豫王李旦为帝，是为唐睿宗，之后武则天临朝称制，自专朝政。
中宗被废之后，引起了许多人的不满。其中最有代表性的就是徐敬业兄弟。光宅元年（公元684年）九月，徐敬业、徐敬猷两兄弟联合唐之奇、杜求仁等以支持庐陵王为号召，在扬州举兵反武，十多天内就聚合了十万部众。当时，大唐著名诗人骆宾王也参与其中，并写下了著名的《代徐敬业传檄天下文》。这篇檄文立论严正，先声夺人，将武则天置于被告席上，列数其罪。借此宣告天下共同起兵，起到了很大的宣传鼓动作用。据《新唐书》所载，武则天初观此文时，还嬉笑自若，当读到“一抔之土未干，六尺之孤何托”句时，惊问是谁写的，叹道：“有如此才，而使之沦落不偶，宰相之过也！”可见这篇檄文煽动力之强，骆宾王的才华打动了武则天。只可惜，一失足成千古恨，一代大才子参加叛乱后竟杳无音信，不见踪影了。
徐敬业的叛乱彻底惹恼了武则天，她当即以左玉钤大将军、李孝逸为扬州道大总管，率兵30万，前往征讨。十一月，徐敬业兵败自杀。之后，武则天又先后铲除了反对自己的皇室显贵，为自己登基排除了障碍。
载初二年（公元691年）七月，武则天的亲信安排法明等撰《大云经》四卷，称武则天是弥勒佛化身下凡，应作为天下主人。九月，侍御史傅游艺也率关中百姓900人上表，请改国号为周，赐皇帝姓武。这些是不是和后来的宋太祖黄袍加身，以及前朝的大汉帝王刘邦登基有些相似呢？他们都是借助迷信的方式迷惑众人，为自己登上九五之尊找一个合理的借口罢了。武则天看时机成熟了，便大大方方地准所请，改唐为周，改元天授，尊号圣神皇帝，但仍以李旦为皇嗣，赐姓武氏。她立武氏七庙于神都，追尊周文王为始祖文皇帝；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。