唐高宗李治即位后，做了又一件震动朝野的事，那就是他执意废掉了原来的皇后王氏，改立他宠爱的武昭仪为皇后。这位武昭仪后来就是中国历史上唯一的女皇帝武则天。则天是她退位后，唐中宗给她上的尊号，也是她死后的谥号。
武则天十四岁时，被唐太宗召入宫，封为才人（唐代一种妃嫔的称号），赐号武媚。她称帝后，又特地造了一个“瞾”字作为自己的名字，表示日月当空的意思。
唐太宗病死后，武则天等妃嫔被遣送到感业寺当尼姑。高宗李治在当太子时，就在太宗宫中见过武则天，彼此倾心。高宗即位后，有一天到感业寺拜佛，与武则天再次相见。武则天一面跪接，一面禁不住哭泣起来。高宗很感动，就想找机会把她接入宫中。
高宗的皇后王氏性情高傲，对上不肯奉承皇帝，对下人也不知体贴，再加上没有生育皇子，已被冷落多年。高宗的淑妃萧氏生有一子，封雍王，深受皇帝宠爱。当时后妃之间的争斗越演越激烈。王皇后知道高宗思念武氏，就想利用武则天来打击萧淑妃。她派人让武则天留起头发，后来又把武则天接进宫中。高宗见了正合心意，就将武则天封为昭仪，越来越宠爱她。
武则天从小就聪明，有智谋。当年她被征召入宫时，母亲为她送别，哭得很伤心。武则天却神色自若地说：“我去见皇帝怎知不是福分呢，何必像小儿女那样悲伤。”她母亲倒不好意思再哭了。武则天还有很好的文史知识修养，爱好文学、书法。她出众的才华，使得只知道为争宠而争斗的皇后、淑妃，在她面前相形见绌。高宗便产生了废黜王皇后，改立武则天的心思。
高宗知道，改立皇后是件大事，必须听取长孙无忌、褚遂良等老臣的意见，因为他们是太宗临终时托付过后事的顾命大臣。为此，他还亲自到长孙无忌家去说明心愿。但长孙无忌和褚遂良都坚决反对，他们认为王皇后出身名门，是太宗皇帝为李治迎娶的，不能轻易废掉；就是要改立皇后，也应当从名门望族中选择更好的女子。武则天的父亲，当年只是一个木材商人，只是因为帮助高祖李渊起兵，后来才当了工部尚书，封为应国公。因此武则天的出身实在很低微，不配做皇后。
他们的意见，代表的是士族地主阶级的利益，而武则天代表的则是庶族地主阶级。从南北朝以后，士族地主阶级的势力就在不断跌落，庶族地主阶级的势力则在不断上升。而唐高宗当时又想摆脱顾命大臣对他的控制，这就使他必然要依靠有才干的，但是庶族出身的武则天。
一天，属于元老派的李入朝觐见高宗。高宗便问他：“朕想立武昭仪为皇后，可是褚遂良很固执，坚持认为不可。他是顾命大臣，事情弄到这样，该怎么办？”
李回答说：“改立皇后是陛下的家务事，何必去问外人！”
听了李的回答，李治便下定了改立皇后的决心。公元６５５年，高宗李治下诏，将王皇后和萧淑妃都废为庶人，打入冷宫；将武则天封为皇后；又将那些反对此事的大臣或诛杀，或放逐，连他的舅父、顾命大臣长孙无忌也被逼自杀。
高宗在公元６６０年以后，头晕病日益加重，使他不能正常地处理朝政。武则天对政治很有兴趣，而且权力欲也很强，因此百官的奏章常由她代批。从此以后，武则天便参与国政。她极力树立自己的权威，不久就凌驾于高宗之上。高宗心里很不痛快，西台侍郎上官仪便对高宗说：“皇后专权，有失民心，请陛下废黜她。”高宗就让上官仪起草废后的诏书。
不料，此事立刻被人通报给武则天。武则天闻讯赶来，厉声责问高宗。高宗吓得把责任一古脑儿推在上官仪身上。不久，武则天就找了一个罪名，杀掉了上官仪。
从此以后，高宗上朝，武后垂帘并坐。不论大小政事，都由武后说了算。公元６７４年，高宗称天皇，武后称天后，朝廷内外，将他们二人并称为“二圣”。
公元６８３年，唐高宗病亡。武则天先立儿子李显为帝，就是唐中宗。但中宗只是个傀儡，所有朝廷大事都由武则天说了算。中宗很不甘心，便自作主张，把皇后的父亲从小小的参军提升为刺史，并打算再把他提升为侍中。
武则天对此十分愤怒，立刻把中宗贬为庐陵王，另立豫王李旦为帝。但只过了半年多，她又把睿宗李旦废了，改元为光宅，亲自掌握朝政，并重用武氏家族。武则天随便地废立皇帝，是对封建社会男权的挑战，也是传统的男尊女卑思想不能容忍的；加上武氏家族仗着她的势力横行霸道，李唐皇族人人自危，因此引起一些人公开反对她。
先是徐敬业、骆宾王等人在扬州揭竿而起，他们公开提出口号：推翻武太后专权，拥护李显复位。不几天就聚集了十万之众，攻占了润州（治所在今江苏镇江）、淮阴等地。为了号召全国响应，作为唐代著名文学家的骆宾王，还亲笔写了讨伐武则天的檄文。这篇檄文是一篇文采飞扬、脍炙人口的好文章，千百年来一直为人们所称颂。檄文中，有些文字把武则天责骂得非常厉害，但武则天看了以后却赞不绝口。她不仅不生气，反而认为朝廷没能任用骆宾王，实在是“宰相之过”。由此可见这位女皇帝的胸襟肚量。
武则天派大将军李孝逸，率领三十万大军，镇压了徐敬业。此后又有唐宗室诸王起兵，反对武则天，但也被武则天镇压了。
公元６９０年九月，武则天将国号改为周，自己加尊号“圣神皇帝”。就这样，她成了中国历史上唯一一位登上皇帝宝座的女性。