太子李弘深为高宗钟爱，高宗欲禅位於太子。总揽大权，不满於太子弘，刚好太子弘见萧淑妃之女义阳、宣城二公主因母得罪武后而被幽禁宫中，年逾三十而未嫁，奏请出降，高宗许之。武后怒，不久太子死於合壁宫，时人以为武后所毒杀。
弘道元年（683），唐高宗病逝，临终遗诏：太子李显於柩前即位，军国大事有不能裁决者，由武则天决定。四天以后，李显即位，是为唐中宗。武后被尊为皇太后。
光宅元年（684），中宗欲以韦后父韦玄贞为侍中，裴炎力谏不听，武后遂废唐中宗为庐陵王，并迁於房州。立第四子豫王李旦为帝，是为唐睿宗，武后临朝称制，自专朝政。
同年，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。徐敬业兵败自杀。
垂拱二年（686），武后下令制造铜匦（铜制的小箱子），置於洛阳宫城之前，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，武后都亲自接见。所告之事，如果符合旨意，就可破格陞官。如所告并非事实，亦不会问罪。
同时，武后又先后任用索元礼、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。
於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，武后对告密者破例授官，以卖饼为生的侯思止，是一名无赖。因诬告舒王元名与恒州刺史裴贞谋反，被任命为游击将军、侍御史。
王弘义，以无德行见称，告乡里谋反，擢授游击将军、殿中侍御史。
是年杀安南王颖等宗室十二人。又鞭杀故太子李贤二子，唐之宗室至是杀戮殆尽，其幼弱幸存者亦流岭南，又诛其亲党数百家。
武后谋夺李唐的社稷，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）於博州（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。
武后分遣丘神积、魏崇裕击之。琅邪王李冲起兵七日败死；越王李贞兵败自杀。武后想尽除李氏诸王，使周兴等审讯之，迫韩王李元嘉、鲁王李灵夔、黄国公李譔、东莞郡公李融、常乐公主等自杀。亲信等均被诛。
同年命令僧薛怀义率令万多人，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，有条九龙作捧着的姿态。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，於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。
是年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，献给武后，武后大喜，命其石曰宝图。之后武后加尊号为圣母神皇。
武后当政期间进一步发展科举制度。贞观年间共录取进士205人，高宗武后统治期间共录取一千余人。平均每年录取人数比贞观时增加一倍以上。武后载初元年（690）武后在洛城殿对贡士亲发策问，是殿试之始。
是年遣存抚使十人巡抚诸道，推举人材，一年后共举荐一百余人，武后不问出身，全部加以接见，量才任用，或为试凤阁（中书省）舍人、给事中，或为试员外郎、侍御史、补阙、拾遗、校书郎，试官制度自此始，时人有补阙连车载，拾遗平斗量，把推侍御史，腕脱校书郎。之语。武后虽以官位收买人心，但对不称职的人亦会加以罢黜；明察善断，故当时的人亦乐於为武后效力。
次年，僧法明等撰《大云经》四卷，说武后是弥勒佛化身下凡，应作为天下主人，武后下令颁行天下。命两京诸州各置大云寺一所，藏《大云经》，命僧人讲解，并提升佛教的地位在道教之上。
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。於是百官及帝室宗戚、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，以睿宗为皇嗣，赐姓武氏，以皇太子为皇孙。立武氏七庙於神都，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。
武氏派右鹰扬卫将军王孝杰为武威军总管，与武卫大将军阿史那忠节率兵赴西域征讨吐蕃。唐军大胜，连克於阗、疏勒、龟兹、碎叶等安西四镇，仍置安西都护府於龟兹，发兵戍守。
长寿三年（694）武三思率四夷首领请以铜铁铸天枢，立於端门外，以歌颂武后的功德。武后亲题曰：大周万国颂德天枢。
天枢铸造历时八月而成，其形制若柱，高一百零五尺，直径十二尺，八面，每面各五尺，下为铁山，周一百七十尺，以铜为蟠龙、麒麟环绕之；上为腾云承露盘直径三丈，盘上四龙直立捧火珠，高一丈。
工人毛婆罗造模，武三思为文，刻百官及四夷首领之名於其上。用铜铁二百万斤，请胡聚钱百万亿，买铜铁不能足，赋民间农器以足之。
万岁通天元年（696），契丹首领李尽忠和孙万荣率兵起义，攻陷营州，杀都督赵文翽。武氏派将军曹仁节、张玄遇、李多祚等率兵征讨。
由於误中吐蕃伏兵，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），武则天又派武懿宗、娄师德、沙吒忠义率兵二十万，讨伐契丹。孙万荣兵败被杀，契丹余众归降於突厥。
神功元年（697）武氏使武懿宗审讯刘思礼谋反事，武魏宗说只要刘思礼指出哪些朝士有分谋反，就免其死罪，於是刘思礼诬告宰相李元素、孙元亨等三十六家海内名士，皆遭灭族，亲旧连坐流窜者千余人。时人以为武懿宗之残暴仅次於周兴、来俊臣。
是年，来俊臣欲罗告武氏诸王及太平公主（中宗之妹，武则天唯一长大成人的亲生女儿），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。