圣历元年(698年)，武承嗣、武三思谋求为太子，几次使人对武则天说：“自古天子没有以异姓当做继承人的。”武则天犹豫未决，狄仁杰对武后说：“姑侄之于母子，哪个比较亲近?(武承嗣、武三思为武则天之侄，李显、李旦则为武则天之子)，陛下立儿子，那么千秋万岁后，会在太庙中作为祖先祭拜;立侄子，那么从未听说侄子当了天子，把姑姑供奉在太庙。”又劝武则天召还李显。自此后，武则天无意立武承嗣、武三思为太子，并将李显秘密接回洛阳。控鹤监内供奉吉顼、张易之、张昌宗都曾请求武则天立李显为储君，皇嗣李旦亦请求逊位于李显。在来自各方面拥护李唐的压力下，武则天进一步认识到人心所向的是李唐宗室，如果再一意孤行，就会有丧失人心的危险。而在后来一次征兵中，“初募兵，无有应者，闻太子(李显)行，北郊山头皆兵满，无容人处。”此事更加说明李唐才是众望所归。在经过多方权衡之后，武则天最终决定立李显为皇太子。
武则天解决了继承人的问题后，志得意满，加上年龄增长，开始耽于享乐，大修宫殿、佛寺，又修建歌功颂德的“天枢”。隋唐洛阳城中轴建筑群上著名的“七天建筑”之一，为武则天所铸的歌功颂德纪念碑，位于皇城端门外，是皇城中轴线上南部第二个建筑物即是天枢，全名叫“大周万国颂德天枢”。天枢为柱状，建成后高约31.06米，直径约为3.55米，柱身八面，每面宽约1.48米。基层为周长50.29米的铁山，中部棱柱体环绕铜制的蟠龙，麒麟。顶部为腾云承露铜盘，直径约0.75米，上置四龙立捧火珠，高约3.33米，柱身碑刻文武百官和臣服国酋长的名字，武则天自书其榜曰：“大周万国颂德天枢”。天枢本是北斗七星中斗身第一星。在医学上，腹中部，距脐中2寸有“天枢穴”位于腹部中枢。武则天大周建天枢，寓意武则天以道德感化天下，民众都像众星始终朝着北极星一样，对她感恩戴德。
武则天的面首张易之、张昌宗兄弟年少美姿容，常傅朱粉、穿着华丽的衣服。武承嗣、武三思等都争着追捧他们，甚至为他们执鞭牵马。当时，武则天已经进入真正意义上的暮年，老病缠身的她长时间不能上朝，对朝政的控制力下降，她将二张兄弟当做耳目。二张逐渐插手朝政，陷害宰相魏元忠，不仅跟大臣结怨，也使得武则天回归李唐、传位太子的形势发生逆转，引起了政局的复杂化，武则天母子、君臣关系也因此空前紧张起来。据史料记载，武则天的孙女永泰公主因与丈夫武延基和邵王李重润一起议论二张，被构陷处死。
神龙元年(705年)正月，82岁的武则天病重，卧床不起，只有张易之、张昌宗兄弟侍侧。宰相张柬之、崔玄暐与大臣敬晖、桓彦范、袁恕己等，交结禁军统领李多祚，佯称二张谋反。于是发动兵变，史称“神龙政变”。率禁军五百余人，冲入宫中，杀死二张，随即包围武则天寝宫，要求武则天退位。武则天被迫禅让帝位与太子李显，随后徙居上阳宫(洛阳禁苑之东)。李显上武则天尊号为“则天大圣皇帝”，武周一朝结束。李显先把弟弟相王李旦加为安国相王，拜太尉、同中书门下三品;又给妹妹太平公主加了镇国太平公主的称号，以表彰二人的拥立之功。张柬之、崔玄暐等人也加官晋爵。二月，唐朝复辟，百官、旗帜、服色、文字等皆复旧制，复称神都为东都。
神龙元年十一月二十六日(705年12月16日)，武则天在上阳宫的仙居殿病逝，享年八十二岁。遗诏省去帝号，称”则天大圣皇后“，并赦免王皇后、萧淑妃二族以及褚遂良、韩瑗、柳奭三人的亲属。 神龙二年(706年)五月，与高宗合葬乾陵。
李显复位后，马上立韦氏为皇后，又不顾大臣的劝阻，破格追封韦后之父亲为王，并让韦后参预朝政，对张柬之等功臣却不加信用。将韦后的女儿安乐公主嫁给武三思之子武崇训。封上官婉儿为昭容。教她专掌制命，负责起草皇帝的诏令，掌握生杀大权。
中宗被武则天罢黜为庐陵王，韦氏也失去皇后地位，一直跟随他到了房州，途中韦氏生下一个女儿，为安乐公主，小字“裹儿”(安乐公主出生在前往房州的马车上，出生之后被李显的衣服包裹住，故名“裹儿”)。正因为幼时对安乐公主的亏欠，李显在当上皇帝时就特别优待她。李显与韦氏在房陵被幽禁期间，共同经历了各种艰难困苦的生活，因而两个人的感情十分深厚。李显每当听到武则天派使者前来的消息，就惊惶失措地想要自杀，韦氏制止他说：“祸福并非一成不变，最多不过一死，您何必这么着急呢!”李显曾经私下对韦氏发誓：“如果日后我能重见天日，一定会让你随心所欲，不加任何限制。”韦氏的家族在中宗被废黜后，境遇惨痛。父亲韦玄贞配流放钦州而死，母亲崔氏被钦州首领宁承兄弟所杀。兄弟韦洵、韦浩、韦洞和韦泚全部死于容州。两位妹妹，逃窜获免。
韦氏重新成为皇后以后，便像武则天在高宗朝那样干预起朝政来了。