垂拱四年（公元688年），武则天的侄子武承嗣看到武则天登基称帝的时机已经成熟，就暗地里派人在一块白石上凿上：“圣母临人，永圣帝业”的字样，并使雍州人唐同泰奉表献之，谎称获之于洛水。武则天闻讯大喜，当即下诏把这块石头称之为“宝石图”，并准备于当年五月选择吉日，亲临洛水拜受宝石。武则天把献图有功的唐同泰提拔为游击将军，让他参与办理此事。到了选定的日期，武则天“告谢昊天，礼毕御明堂，朝群臣”，不久即正式加尊号曰：“圣母神皇”，从这个时候起，武则天开始称“陛下”。
李唐宗室众人十分清明，武则天已是实际上的皇帝了，至于名义上的登基改号只是一个时间问题，李唐宗室所面临的却是一场灭顶之灾。出于自我保全之计，他们纷纷起兵。
首先，李唐宗室以“迎还中宗”、“救拔睿宗”为旗号号召众人，但因范阳王李霭出首，密谋败露，仓促之间，韩王李元嘉首先起兵，继而琅琊王李冲在博州起兵，越王李员在豫州起兵，霍王李元轨在青州起兵，鲁王李灵夔在邢州起兵。但这时国家较为安定，人民不愿为一家一姓的名利再去生什么内乱，于是，李氏诸王的军队皆无斗志，武则天的兵马一到，不是弃城投降，就是纷纷逃走，根本不堪一击，在很短的时间内，李氏诸王的这次叛乱就被武则天轻而易举地镇压下去了。李氏诸王的这次失败也说明，关陇贵族门阀在社会上也逐渐丧失了人心。因为一百多年以来，这些门阀士族在大众中很有影响，很有号召力，李渊起兵后人心迅速归附，就是最好的例证。在唐朝社会安定发展了几十年以后，庶族地主的力量兴起，逐渐取代了门阀士族的影响，人们开始不愿为一家一姓效力，开始考虑社会的公平与正义，这不能不说是一种历史的进步。而李氏贵族集团历代以武力为胜，如今其子孙也失去了祖先的雄威，看来，门阀士族的衰落已是无法挽回的了。
在镇压了这次叛乱以后，武则天果真决心清除敌对势力了。她采取了三条措施：一是鼓励告密；二是严刑逼供；三是任用酷吏。武则天把周兴、来俊臣、索元礼等酷吏提拔上来，专门进行“肃反”。他们秘密观察李氏宗族中王公大臣的行迹，一有可乘之机，立即加以逮捕，酷刑逼供，诬其谋反。武则天在朝堂之上设立了一个铜制的告密箱，专门用来接受告密的文书。并明确规定，任何官员不得过问此事，凡是告密的人，不论职位高低，哪怕是农夫樵子，也一律按五品官员的标准供应食宿。更妙的一条是，如果告密有功，那就破格封官；如果告密失实，也绝不加以追究。如此以来，“四方告密者蜂起，人皆重足屏息。”周兴、来俊臣、索元礼等酷吏编写《告密罗织经》，教授门徒，以便罗织害人，并创制出“方梁压髁”、“猕猴钻火”、“驴驹拔橛”、“凤凰亮翅”等酷刑和“求即死”、“死猪愁”、“定百脉”等刑具。这样，这三个酷吏每个人都杀了数千人，其中尤以来俊臣为最，所破获“罪犯”就连及千余家。在这次运动中，大臣被杀者数百家，李唐宗室被杀达数百人，刺史以下官吏被杀者更是不计其数。武则天的这种十分过火的恐怖政策，造成了无数人的屈死。
当然，按武则天的想法，杀尽了李唐宗室，又使得朝野上下“人人自危，相见莫敢交言，道路以目”，确实是无人敢于造反了。
至此，武则天的第三步计划其实已完全实现，至于做皇帝的名号，只是一个手续问题。公元690年七月，东魏国寺里的僧人写了几卷经书，书中说武则天乃是弥勒佛投胎转世，应该代替唐朝作阎浮提主（即东方之主）。不久，侍御史傅游艺率领关中九百多名百姓来到长安的宫门外，上表请求把大唐的国号改为周，武则天假装推辞，没有应允，但升了傅游艺的官，把他提拔为给事中。不久，朝中百官及宗室、远近百姓，四方边远地区的酋长以及沙门、道士一共六万多人，组成了一支极其庞大的请愿队伍，重复傅游艺的请求。
武则天见“民意不可违”，只有顺从，于是，在载初元年（公元690年）九月九日，宣布改唐为周，立称号为“圣神皇帝”，她身穿皇帝服饰，光彩奕奕，在洛阳登上了大周皇帝的宝座。
中国历史上唯一的一位女皇就此正式诞生了。
武则天称皇以后，也并不是万事顺利的。首先，她必须解决两个矛盾，一是她同李唐宗室争夺地位的矛盾，一是因滥杀而造成的她与大臣之间的矛盾。随着时间的推延，她与李氏的矛盾逐渐淡化下来，要解决与大臣之间的矛盾，那批酷吏可就成了替罪羊。武则天禁锢了当年滥告滥杀的二十七名酷吏，处决了来俊臣等人，使矛盾渐渐地缓和下来。应当说，武则天晚年时期的政治气氛还是比较宽松自由的，她的统治也应当是稳固的。
但新的危机又出现了。虽然武则天与群臣在表面上维持着良好的君臣关系，但当年滥杀所造成的阴影始终无法彻底驱除，因此，她的晚年应当说是很孤独的。在这种心态下，她求助于自己的男宠，先是薛怀义（冯小宝）和御医沈南蓼，后逐渐不太满意，在这时候，武则天的女儿太平公主把年轻貌美又精通音律的张昌宗推荐给了母亲，武则天一见之下，十分宠爱，不久，张昌宗又把哥哥张易之拉了进来。于是，两兄弟就代替了前面的两人，成为武则天的又一代男宠。由于武则天在私生活上很需要他们，在政治上也依靠他们，所以，他们两人的权势越来越大，以至连武三思、武承嗣这样的权贵，也都争相趋奉他们，称张易之为“五郎”，张昌宗为“六郎”。
二张得势以后，经常胡作非为，贪赃枉法，随意打击不顺从自己的官吏，又私自杀害了议论二张兄弟权势过大的李显的长子和他的妹妹永泰郡主、妹夫武承嗣之子武延基，引起了朝廷官员的愤怒。一些大臣多次收集张氏兄弟的犯罪证据，想将其绳之以法，但都被武则天赦免。官员们看到用法律制裁不了二张，就准备用武力将其杀掉。
政变的目的起初并非为了推翻武则天，仅是为了杀掉张氏兄弟。宰相张柬之等五位朝廷的重要人物，联络羽林军将领以及太子李显、相王李旦、太平公主等一大群势力，乘武则天卧病不起之机，攻占了玄武门，突入宫中，在武则天的迎仙宫搜出张易之、张昌宗，就地处死，完全控制了武则天。事情既已至此，就顺便把武则天请下皇位，迎立中宗。政变的第二天，武则天下《命皇太子监国制》，第三天，武则天宣布传位太子，第四天中宗宣布复位，武周政权即告结束。
中宗神龙元年（公元705年）十一月，八十二岁的武则天在洛阳上阳宫愤恨而逝。死前遗嘱：“去帝号，称则天大圣皇后。”
第二年，其子唐中宗不顾众人的强烈反对，为母亲举行了隆重的葬礼，护灵柩回长安，与唐高宗合葬乾陵。
武则天称帝十五年，前后专政近五十年，在她掌握政权期间，为中国历史的发展做出了相当的贡献。首先她重视发展农业，推行均田制，抑制豪强和土地兼并，奖励垦荒，做得很有成效。在她统治期间，全国人口由三百八十万户增长到六百一十五万户。其次是发展科举制度，并亲自主持考试，选拔了一大批庶族地主出身的优秀人才，并开“武举”科，选拔有军事才能的人。唐太宗在位的二十三年间，共取进士二百零五人，而在唐高宗和武则天统治的五十五年间，取进士一千多人。她还极其重视文化教育事业，倡导编纂了许多文化典籍。她还重视加强边防，改善同周边少数民族的关系，对于维护国家统一、巩固边防、发展商业等都做出了积极的贡献。
当然，武则天晚年生活靡费很大，让她的侄子武三思及男宠张氏兄弟把持朝政也造成了政治的混乱，尤其是她纵容女儿太平公主争权夺利，做了许多坏事。另外，她任用酷吏，大杀宗室大臣，李唐宗室近支被杀尽，除自己的亲生儿子李显、李旦以外，唐高祖、太宗、高宗的子孙全部诛除。十四年间的五十八个宰相，被杀被贬各有二十一人，占72％以上。武则天终于落下了一个“千古忍人”的恶名。
无论如何，武则天还是像一颗流星划过中国漫长的封建历史苍穹，闪烁着夺目的光辉，引发着后人无限的思考。她的所有的意义，就在于她是中国历史上唯一的一位女皇。
【评议】
的确，她想把李唐王朝变为武周王朝的企图是失败了，后人谈起武周时期，只是把它当作唐朝的一个小插曲，或是唐朝的一个组成部分，根本不把它看成是一个独立的朝代，更何况武则天临死之前，还政于李氏，仿佛本来是李家的政权，自己只是代为管理一段而已，连自己都不承认有独立的皇帝资格。
当然，武则天更没有把中国变为一个“女儿国”，没有把中国的男皇制改为女皇制，尽管她不服，尽管她采取了许多畸形的手段进行抗争，她还是失败了，她所争取到的最大荣誉是能与高宗合葬。这或许是一种象征，象征着她有着同皇帝平等的女皇地位，但要想压倒男皇，那是无论如何也办不到的。
然而，已经够了，武则天以崭新的姿态出现在皇帝宝座上，给门阀士族势力以毁灭性的一击，使这块板结的土壤开始松动，也给黑沉沉的男性世界以沉重的一击，使中国的男人们终于被迫正眼看看女人，也重重地当众打了中国宗法观念的一记耳光，让中国男人从此不敢忘记中国女人的威力。我们决不作把古代社会的男皇制换成女皇制的无聊之想，只是想通过武则天的成败，看看女人为中国历史注入的活力，这对于从深层里解放我们的思想，或许不无好处。