长安四年（74）十二月，武则天患病，居于宫中长生院，宰相也不能轻易见到，只有张易之、张昌宗口夜陪伴身边。经崔玄玮奏请后，太子李显才得以进宫探视。由于皇帝患病，外臣轻易无法见君，于是洛阳城中人心惶惶，谣言四起，有人屡次飞书于通衙，云“易之兄弟谋反”，报知武则天后，她也不加追查。
神龙元年（75）正月，武则天病情加重，张柬之等5人认为时机成熟，加紧了政变准备工作，把杨元淡桓彦范、敬晖、李湛等人都安置在左、右羽林将军职位卜，委之以禁军兵权，并控制了南衙诸卫军队。姚崇从灵武返回后。政变集团的主要骨卜分子已经齐集洛阳，作好了各种准备，洛阳城也在他们的严密拧制之下。而武则天与二张由于居于深宫之中，事先竟毫无觉察，缺乏警惕与防范。
正月二日，寒风凛冽，洛阳城中兵马调动频繁，相王率袁恕己、薛季叔等统率诸卫及洛州吏卒占据了交通要道及重要的政府署衙，十卒们严阵以待，作好了随时应付突发事变的准备。张柬之与崔玄玮、敬晖、桓彦范、薛思行等率左右羽林军5人直趋玄武门，命李多柞、李洪、王同皎等急赴东宫，迎接太子。在这关时刻，太子李显竟动摇不定，不敢出宫，李显的无能在这时暴露无遗。马都尉王同皎见箭已上弦，李显却想打退堂鼓，心中焦急，对李显说：“先帝把社被交付殿下，殿下却横遭幽废，人神共愤，已23年了。而今南、北衙军同心协力，诛戮凶竖，匡复李氏，希望殿下急赴玄武门以孚众望”李显却说：“凶竖固然应当诛灭，然皇帝身体不宁，纵兵人宫，难免要惊扰圣体，诸公暂回，以后再另作谋图”。
李显怕惊扰武则天是假，胆怯动摇是真。他就没有想到事情已经到这种程度，即使现在僵旗息鼓，事后难免不泄露，那时将有多少人头落地，他自己的地位也很难保全。关键时刻方显庸人本色。丰见李显动摇，上前进言说：“凶竖将图不轨，宗社危败，就在须臾之间。诸将弃家族于不顾，与宰相同心戮力，匡复社稠，殿下为何不感其忠心与恳诚，而欲陷他们于死地？李湛等命不足惜，请殿下顾惜众人安危，速出宫去拦阻众人行动。”在这种情况下，李显只好出宫，被王同皎扶马，直向玄武门驰去。
这时张柬之等正在玄武门外与宿卫在这里的千骑相持不下。殿巾监田归道奉命率千骑守卫玄武门，他没有参与政变密谋，敬晖派人与他交涉，要他交出军队，遭到拒绝。正在这时太子李显赶到，田归道不敢阻拦，众人遂乘机夺门而人，闯人官中。事后敬晖要斩田归道，田归道据理而陈，被免官罢归私第，中宗认为他能忠于职守，又召他人朝任以太仆少卿。
张柬之、李湛拥太入官后，恰逢张易之、张昌宗，遂将他们斩之于廊庞之下。然后包围了武则天居住的迎仙宫长生院（殿），武则天闻变惊起，问道：乱者为谁李湛人内进奏说：“臣等奉令诛杀逆贼张易之、张昌宗，恐有泄露，遂没有奏闻。陈兵禁中，是臣等死罪。”武则天看到太了人内，说：“此事原来是你干的。小子既然已诛，速回东宫。”桓彦范说：“太子今不可归，往昔大帝弃群臣而去，以爱子托于陛下，而今久居东宫，年纪已长。天意人心，久思李氏。群臣不忘太宗、大帝之德，故奉太子诛贼臣。愿陛下传位太子，以顺天意人心之望”武则天听此话，遂翻身而卧，不再说话众人退出后，留李湛率所部军队守卫迎仙宫，不许任何人出人。武则天对李湛说：“卿也是诛张易之的军将？我对你们父子恩惠不少，何至于此！”与此同时，张柬之等收捕了张昌期、张同休、张昌仪，斩杀后，把他们与张易之、张昌宗的首级一同悬于洛阳天津桥南一十三日，武则天被迫下讯让皇太子监国，颁布了《命皇太子监国制》，其中有“联方资药饵，冀保痊和，机务既繁，有妨摄理，监临之寄，属在元良。宜令皇太子显监国，百官总已以听。当养闲高枕，庶获延龄”等句。意思是说她现在还依靠药物度日，而国事繁重，难以摄理，所以令皇太子监国，白己应当高枕无忧地怡养天年，也许还可以多活些时间。
这道制书当然不是出自武则天之手，也不是出自她的本意，而是张柬之等朝臣以她的名义起草并颁发的。就这样，武则天交出了她执掌近22年的行政大权二十四日，武则天又下诏传位于皇太子二十五口，中宗即位。大赦天下，惟张易之之党不赦，为酷吏所冤枉者予以清理昭雪，子女配没为奴者皆免：李唐皇族配没者皆恢复原来的皇族身份，并分别情况授以官爵。李显的这道赦书对被酷吏诬陷者来说意义不大，武则天晚年已陆续解决了这些问题，最大的受益者应是李唐皇族，因为武则天一直对皇族问题尤其是李贞、李冲为代表的宗室诸王始终不肯赦有其罪。武则天所诛杀的唐宗室诸王、妃、公主、咐马等，没有人敢干埋葬，子孙有的流放岭南，有的拘禁多年，有的逃匿民间，“为人佣保”。至此，命州县搜访遗骨，以礼改葬，追复官爵，召其子孙承袭，无子孙者由朝廷选择堪为后嗣者承袭。不久，宗室子孙或被州县送人朝中，或闻听消息自行而来，都得到中宗的召见，涕泣拜舞，各以亲疏袭爵拜官二十六日，武则大被送到上阳宫居住，由李湛率领所部禁军环卫看管。二十七日，中宗率文武百官到上阳宫看望武则天，并尊她为“则天大圣皇帝”。以后每中宗看望一次他的母亲，极尽为子之道。
但是对于武则天这样权力欲极强的人来说，失去权力的打击要远胜于子孙孝顺对她的抚慰。她的精神状态坏极了，据载，武则天晚年虽然年事己高，由于善于涂饰，虽子孙在侧，也不觉得衰老。搬到上阳宫后，不再梳洗修饰，“形容悴”，中宗看到以后，大吃一惊。武则天在上阳宫郁郁寡欢地生活了3天，于神龙元年十一月二十六日终于走完了她82年的人生历程。临终前，遗制去帝号，称则天大圣皇后。她在生命的最后一刻，终于自愿地回到李氏家族媳妇的位置来，这是一个明智的选择，只有这样她才能够与唐高宗合葬于乾陵，也才能在她死后保留一个合法的地位。与此同时，她还遗命赦王皇后、萧椒妃二族及褚遂良、韩缓，柳等人亲属。宽恕政敌，大概是人之将亡其心亦善的表现吧神龙儿年二月五日，中宗恢复了唐的国号，并规定“郊庙、社樱陵寝、百宫、旗帜、服色、文字皆如永淳以前故事，永淳是唐高宗的最后一个年号。就是将武则天所改变的一切又都重新改变回来。将神都改为东都，重新成为唐朝的陪都。北都改为并州（治今山西太原西南）。这是武则天在天授年（69）改变的，自然也要重新改变回来。唐高宗曾封元年（666）尊老子为玄元皇帝。唐高祖为了提高本家族的门第，自认老子李耳为始祖，因此高宗将其尊奉为皇帝，武则天革命”时便改称玄元皇帝为君，不承认他的皇帝地位，此时中宗又一次恢复了老子的玄元皇帝尊号。虽然中宗改变了武周政权的一切制度，但是并没有像武则天疯狂迫害李氏子孙那样去对待武氏家族，只是在群臣的再，要求下将武氏诸土降为郡王。武周七庙之主仍然予以保留，只不过迁到长安的崇尊庙中。并规定“武氏三代讳，奏事者皆不得犯厂由于唐中宗的这种温和政策，加之武氏子弟在政权中的确仍然在发挥作用，所以中宗朝以及以后个相当长阶段的统治都被人视为李武联合政权。尽管如此，由于皇帝毕竟山武氏改为李氏，国号也由大周一变为大唐，所以神龙元年的这次政变被后来的唐代士大夫视之为中兴之举，给予了高度的评价”。