但武则天专权日久，必然会从多方面产生问题：一是她自己一反过去卑躬屈膝的常态，作威作福起来；二是高宗的权力受到了极大的限制，常常觉得很愤怒。正巧，宫中发生了一件告密事件，宦官王伏胜告发皇后在宫中秘密引来方士郭行真行巫蛊之术祈福。于是，高宗授意宰相上官仪起草诏书，要把武则天废为庶人，上官仪正想如此，就欣然从命。
武则天安插在上官仪身边的暗探见事不好，急忙跑去告诉武则天。武则天当即跑到高宗那里，“动之以情，晓之以理”，居然说服了高宗。最后，高宗还劝慰加讨好地说：“我怎么会想到废你呀！这都是上官仪教唆我的。”以此开脱了自己。武则天随后指使许敬宗诬告上官仪与废太子李忠图谋不轨，将上官仪及其子上官庭芝下狱处死，籍没家属。至此，阻碍武则天掌权的最后一块石头也被除掉了。
武则天进一步参与国政，每当皇帝临朝，武则天必“垂帘于后，政无大小，皆与闻之。天下大权，悉归中宫，黜陟杀生，决于其口，天子拱手而已”。群臣朝拜和中外表章奏议，皆把皇帝与皇后合称为“二圣”，武则天的政治权力牢固地确立了。到上元元年（674年）八月，高宗称天帝，武则天称天后。
弘道元年（683年）十二月，高宗在洛阳宫中驾崩。从此，“二圣”时代结束了，武则天在政治上又开始了更大的经营。
血迹斑斑的女皇之路
称帝准备从上元元年（674年），武则天以“天后”之尊开始执政，至天授元年（690年）正式称帝的16年中，武氏为当皇帝做了大量的、长时间的准备，采取了多种有力有效的措施。
首先，提高自己的身份和名望，这主要是通过修改《氏族志》为《姓氏录》
实现的。唐太宗时期修的《氏族志》不载武氏宗族，武则天受尽了恶气，这次，她重修的《姓氏录》，把武姓列入第一等。按当时官品的高下分为九等，凡五品以上的官员皆可入录，升入士流。官职比门第优越，这就从观念上彻底打击了旧的门阀士族，在当时是一大进步。大批出身于寒门的庶族地主知识分子蜂拥而来，给当时的政治、经济和文化带来了一股生气。而那些关陇门阀士族的后代们，完全丧失了凭祖先留下的名望而升官的政治优势，他们讽刺《姓氏录》是赏军功的“勋格”，根本不是贵族志。但武则天不管这一套，她用行政的方式强行收回《氏族志》，推行《姓氏录》，在当时造成了很大的影响。
其次，以修撰为名召入禁中的文人学士，从北门即玄武门出入禁中，参与朝政，时人称为“北门学士”，以此分割外朝宰相权力。在这一点上，武则天充分显示了她政治家的气魄。在称“天后”后的四个月，她即以皇后的身份向高宗提出了12条政治建议，史称“建言十二事”，内容包括劝农桑、薄徭赋、息兵、广言路、习《老子》等，涉及政治、军事、文化多个方面。毫无疑问，这些建议是她的幕僚们经过对唐代社会长期的观察和仔细的研究而有针对地提出来的。“建言十二事”具有政纲性质，都以皇帝诏令实行。
再次，武则天以禄位、官爵拉拢天下之士，进一步发展了科举制。科举制起于隋，兴于唐，虽面向全社会，但也往往限于贵族士人。所以唐初的仕途虽较前代为宽，但从当时的社会状况来看，仍然是比较窄的。对此，唐太宗十分不满。
他曾准备拓宽仕途，实行自举，但因有人反对而未能如意。武则天为了壮大自己的势力，使更多的有识之士成为自己的支持者，迈出了唐太宗所未能迈出的一步。垂拱元年五月，武则天下诏实行“自举”，即无论是现任官吏，还是平民百姓，只要有才干，都可以毛遂自荐。那些庶族地主出身而得到提拔、授官的人，对武则天十分感激，因此多成为武则天的忠实拥护者。
在皇后与皇帝之间，还有“太子”这一道几乎不可逾越的“栏杆”。武则天先后生有4子，依次为李弘、李贤、李显（又名哲）、李旦（又名轮）。武则天先是鼓动高宗废了并非自己所生的太子李忠，立自己的长子李弘为太子。李弘并不好驾驭，后因病死亡，又立次子李贤为太子，李贤学问才名很高，深得众望，唐高宗还特意给他配了得力的宰相班子。武则天惟恐大权旁落，设法将李贤废为庶人，立三子李显为太子。弘道元年（683年），高宗卒，中宗李显刚刚继位，武则天则以皇太后名义临朝称制。一年后便废掉中宗改封庐陵王。立四子李旦为帝，是为睿宗。李显、李旦都是昏庸无能之辈，在皇帝位上也是傀儡，处处受制于武则天。
武则天改东都洛阳为神都，预备作为登基后的京师；更改了唐朝百官名称，为自己改朝换代、登基称帝、建立新秩序迈出了重要的一步。
武则天的政治经营和废黜中宗的举动，引起了扬州徐敬业等人的兵变。徐敬业是李积（李积原名徐世积）的孙子，他和同伙都是官场失意，屡遭贬斥，此番兵变是以匡复庐陵王李显为旗号，公开反对武则天，朝中宰相裴炎也与之勾结，可谓内忧外困。但武则天临危不乱，她先不失时机地斩除了裴炎、程务挺等人，以除心腹之患，又急调30万大军，在不到50天的时间里平定了徐敬业之乱。时人陈子昂说：“扬州构逆，殆有五旬，而海内晏然，纤尘不动。”也就是说，这件事并未引起更大的政治动荡和社会危机。可见徐敬业违逆了民意，而武则天却甚得民心。
武则天在平定叛乱后对内臣叛变十分恼火，她对宰相班子进行了大调整，并严厉地训诫了群臣。史书上是这样记载的：太后震怒，将群臣召到便殿，训斥说：“朕没有辜负天下人的期望，你们都知道吗？”群臣回答说：“知道。”太后又说：“朕侍奉先帝（高宗）二十余年，忧虑天下到了极点！公卿富贵都是朕赐予的，天下安乐也都是朕长期治理的结果。先帝驾崩，把天下托付于朕，朕不 爱己身而爱百姓。如今为首叛乱者，皆出于将相，这些大臣竟如此辜负朕的期望！你们中有接受遗命老臣、倔强难制超过裴炎的吗？有将门贵种、能纠合亡命超过徐敬业的吗？有握兵宿将、攻战必胜超过程务挺的吗？这三个人，在群臣中都很有威望，因不利于朕，都被朕杀了。卿等有能超过这三人的，就趁早叛乱。
不然，就必须革心事朕，不要让天下人耻笑。”群臣跪伏顿首，不敢仰视，说：“唯陛下所使。”
武则天讲的每一句话，都是掷地有声！如此众多的男子汉，包括那些历经沙场的武将和学富五车的文臣，统统都跪倒在一个女人的脚下，不敢说一个“不”
字，这是何等宏大的气魄！
平定徐敬业的兵变，使武则天的威望大大提高。第二年正月初一，大赦天下，改元垂拱。随后，武则天竭力渲染秉承天意的神秘气氛，为登基大造舆论。
武则天的侄子武承嗣亲自导演了一出“洛出书”的喜剧。史载，武承嗣使人在一块白色的卵石上刻了“圣母临人，永昌帝业”八个大字，以碎紫石和药填之，使之变得古雅别致，如天外之物，然后放入洛河边的一个小潭内。几天以后，武承嗣派雍州人唐同泰从水中捞出，献于朝廷，宣称发现了“洛书”。《易·系辞上》云：“河出图，洛出书，圣人则之。”在古代中国，人们把河出图、洛出书当作帝王德高功大、治国有方、风调雨顺、国泰民安的代称。唐同泰既称这块瑞石得之洛水，无疑是向朝野宣告：武则天临朝以来，励精图治，天下太平，以致上苍降瑞，出现了洛书自现的奇迹。而且，这书上明明写着“圣母临人，永昌帝业”的话，可见，上天的意思是让武则天永远当政。
武则天高兴地将白石命名为“宝图”，表示要亲拜洛水，受宝图。心惊胆战的睿宗皇帝也趁机讨好，率群臣上尊号“圣母神皇”，并制作了执掌国柄象征的神皇之玺（即玉印）。
“神皇”之号表明武则天离正式戴上皇冠的时间已经不远了。李唐宗室不甘心眼巴巴地看着江山易姓，垂拱四年（688年），唐高祖第十一子韩王李元嘉首谋起兵，打出“迎还中宗”的旗号，其他一些李唐宗室也先后响应。武则天毫无畏惧，果断地调兵遣将，又将这次反抗镇压了下去。由此看来，武则天在当时的政治格局中已占据了绝对优势。
酷吏政治，也是在平定徐敬业叛乱的这一年，武则天鼓励告密，开始启用酷吏。根据侍御史鱼承晔的儿子鱼保家奉献的“良策”，武则天诏令铸造4个铜匦，分别涂上青、丹、白、黑之色，青匦置朝堂东，称“招恩”；丹匦置朝堂南，称“招谏”；白匦置朝堂西，称“伸冤”；黑匦置朝堂北，称“通玄”。并命令正谏大夫为知匦使，侍御史为理匦使，受理天下告密文书。这项措施表面上主要是为了广开言路，通达下情，实施中也起到了这样的作用，但最重要的是想借此途径发现和掌握异己分子的活动，以便及时清除。为了方便告密者，武则天下令各州县，凡欲进京投书告密者，沿途给予驿马和五品官待遇；告密者不分贵贱，一律接见，告密属实者擢官赏赐，不实者也不追究。一时间，四方告密者蜂拥而来，进京投书铜匦络绎不绝，为武则天清洗异己分子提供了许多线索。
实行告密制度期间，武则天又物色到了一批酷吏。在后来的唐中宗诏令列举名单中，共有27名，大都出身无赖，性情残忍。专以告密陷害为能事，各有一番作为和“贡献”。其中最为厉害的是索元礼、周兴、来俊臣。来俊臣和另一名酷吏专门编写了一部告密专着《罗织经》，作为培养酷吏的教材。武则天放手任用这些酷吏，让他们给自己充当鹰犬和刽子手。
武则天实行“告密”制和任用酷吏，主要对象当然是与自己作对的李唐宗室和元老大臣。垂拱四年（688年），李唐宗室起兵失败后，高祖李渊、太宗李世民的子、孙、女、婿十余人被贬、流、杀。太宗第十子贝州刺史李慎因被告与越王李贞交往过密，二人及其子孙多人被诛杀。永昌元年（689年），连州别驾、鄱阳公李諲（高祖之孙）秘密策划去庐陵迎立中宗李显，事情泄露后，李諲与太宗的孙子李炜等12人被杀，天宫尚书邓玄挺是李諲岳父，也以知情不报罪被杀。
载初元年（690年），武承嗣指使酷吏周兴捏造谋反罪，诛杀高宗第四子李素节及其9个儿子，高宗第三子闻讯，惊恐之下，自杀而死，其子7人也被杀。同年，又杀高祖第二十一子密王李元晓的长子李颖等21人，诛其亲党数百家。至此，李唐宗室几乎被杀尽。武则天的这种十分过火的恐怖政策，使得朝廷上下“人人自危，相见莫敢交言，道路以目”，确实是无人敢造反了。
690年，武则天称帝的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。
690年7月，东魏国寺里的僧人法明写了几卷经书，书中说武则天乃是弥勒佛投胎转世，应该代替唐朝做净浮提主（即东方之主）。一些洞察时势的大臣在不可逆转的现实面前，开始争相上疏请求太后称帝。载初二年（690年）九月，侍御史傅游艺鼓动关中百姓900多人来到长安的宫门外，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6万多人，组成了一支极其庞大的请愿队伍，重复傅游艺的请求。居于别宫的睿宗皇帝李旦权衡利弊之后，也同日上疏，请求“赐武姓”，为武家尽忠。李旦此举表明皇帝要自动让位给太后。为了让武则天的登基更具有顺应天命的性质，几个大臣还上奏说祥瑞出现，一只凤凰从明堂飞入上阳宫，万只赤色鸟雀飞集载明堂。
武则天见“民意不可违”，只有顺从。
天授元年（690年）九月初九壬午，正是秋高气爽、艳阳高照的九九重阳节。
按唐朝人的习俗，要登高远眺、亲朋高会。武则天正是选择了这一天，在朝野上下一派劝进请愿的热闹气氛中，从容登上了九五至尊的宝座，实现了前无古人、后无来者的目标。67岁的武则天成为中国历史上惟一加冕的女皇。她自称“圣神皇帝”，建国号大周，改元天授，表示她的皇位是上天所授，历史上称为武周政权。
洛阳改为神都，成为武周的都城。从此，武周王朝代替李唐王朝达15年之久。
武则天之所以改唐为“周”，原因之一是为了彰显姓氏，尊崇本根。据史书记载：“武氏出于姬姓。周平王少子生而有文在手曰‘武’，遂以为氏。”武则天以周氏苗裔自居。另外，唐高宗曾封其父武士彟为周国公。所以以“周”为国号，显然有表明“来历”的意思。
武则天登基以后，把儿子睿宗降为皇嗣，皇太子李成器降为皇孙，并赐姓武氏。正式建立了象征天子之家的武氏七庙。唐朝的太庙改为享德庙，不过依然能够得到四时享祀。
武则天能够称帝是时机加个人努力的结果。
武则天所处的时期是一个特殊时期。在当时，门阀地主已经衰落下去，普通地主的力量还没有发展到成熟的程度。从太宗到武则天做皇后有30年，到她做皇帝，经过了50年。在这三五十年中间，正在兴起的代表封建制度本身的普通地主 的力量有了很大的发展。他们是顺着两条道路发展起来的：一条就是通过军功取得勋田而起家的；另一条是通过农村中贫富分化的道路发展上升的。关东地区生产关系比较先进，普通地主的力量也比较发达，许多农民、小地主不服兵役，上升很快，经过三五十年，大批新兴的普通地主发展起来了。他们在各方面都要求有所表现，在政治上要求地位，在社会上要有所作为，要求通过各种方式表达他们的抱负。长期受压抑的庶族地主要夺取政权，所以把武则天推到了前台，武则天则客观上帮助了普通地主的兴起，进一步打击了大地主、豪强地主。
高宗身体不好给了武则天参政的极好机会。显庆五年（660年），唐高宗得了重病，“风眩头重，目不能视”，现在还不能完全确定是一种什么病，但无论如何，“风眩头重，目不能视”是非常痛苦的事。唐高宗最初染上此疾，医治了几个月都没有好。在这种情况下，需要有人帮他临朝，处理国家事务。由谁出面好呢，当然是皇太子。可是，当时太子李弘年方八岁，且“多疾病”，根本不可能断决繁政。宰相许敬宗等人能够处理朝政，但不能完全依靠他们，否则，便有大权旁落的可能。这样，武则天就显得异常重要起来，成了惟一可以完全信赖的人选。他们既是生活中的伴侣，又是政治上的伙伴。此时高宗让她帮助处理朝政，是顺理成章的事。
主观上，武则天有参与朝政的本领。如前所述，武则天自幼聪明好学，权变多智。不平凡的经历开阔了她的视野，锻炼了她的意志，丰富了她的知识，增长了她的才干。她深知前朝古代的治乱得失，又有同反对派作斗争的实际经验，政治头脑灵活，能够排忧解难，把握风云变幻。她具有较高的文化素质，而且精力充沛、意志顽强，能够吟诗作文，批阅奏章，日理万机。武则天又与唐高宗情投意合，心心相印。这种密切关系自然而然地促进了武则天的参政，进而称帝。