乾封二年（667年）高宗因久疾，命太子弘监国。上元元年（674年）秋八月，高宗称天皇，武后称天后，名为避先帝、先后之称，实欲自尊。十二月武后上表建议十二事：“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，益廪入（增加薪水）。十二，百官任事久，材高位下者，得进阶（提级）申滞。”高宗诏皆施行之。武则天能够重视农业生产，规定各州县境内，“田畴垦辟，家有余粮”者予以升奖；“为政苛滥，户口流移”者必加惩罚。所编《兆人本业》农书，颁行天下，影响很大。武则天当政期间，继续实行唐太宗发展农业生产、选拔贤才的政策。
上元二年（675年）三月，武后召集大批文人学士，大量修书，先后撰成《玄览》、《古今内范》、《青宫纪要》、《少阳正范》、《维城典训》、《紫枢要录》、《凤楼新诫》、《孝子传》、《列女传》、《内范要略》、《乐书要录》、《百僚新诫》、《兆人本业》、《臣轨》等书。且密令这批学者参决朝廷奏议，以分宰相之权，时人谓之“北门学士”。时高宗风眩更甚，拟使武后摄政，宰相郝处俊说：“陛下奈何以高祖、太宗之天下，不传之子孙而委之天后乎！”高宗才罢摄政之意。太子弘深为高宗钟爱，高宗欲禅位于太子。武后想总揽大权，不满于太子弘，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，不久太子死于合璧宫，时人以为武后所毒杀。
弘道元年（683年）十二月，唐高宗病逝，临终遗诏：太子李显于柩前即位，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。武则天被尊为皇太后。
光宅元年（684年）二月，中宗欲以韦后父韦玄贞为侍中，裴炎力谏不听，武则天遂废唐中宗为庐陵王，并迁于房州（治所在今湖北房县）。立第四子豫王李旦为帝，是为唐睿宗，武则天临朝称制，自专朝政，改国号为周。同年九月，徐敬业、徐敬猷兄弟联合唐之奇、骆宾王、杜求仁等以支持庐陵王为号召，在扬州举兵反武则天，十多天内就聚合了十万部众。武则天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。十一月，徐敬业兵败自杀。
垂拱二年（686年）三月，武则天下令制造铜匦(铜制的小箱子)，置于洛阳宫城之前，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，武则天都亲自接见。所告之事，如果符合旨意，就可破格升官。如所告并非事实，亦不会问罪。同时，武则天又先后任用索元礼、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。于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。
武后谋夺李唐的社稷，翦除唐宗室，诸王不自安，欲起兵对抗。垂拱四年（688年）博州刺史琅邪王李冲（李贞子），八月于博州（今山东聊城东北）举兵。豫州刺史越王(唐太宗之子)李贞起兵豫州（今河南汝南）呼应。武后分遣丘神绩、魏崇裕击之。琅邪王李冲起兵七日败死；九月，越王李贞兵败自杀。
