唐高宗李治即位後，做了又一件震動朝野的事，那就是他執意廢掉了原來的皇后王氏，改立他寵愛的武昭儀為皇后。這位武昭儀後來就是中國歷史上唯一的女皇帝武則天。則天是她退位後，唐中宗給她上的尊號，也是她死後的諡號。
武則天十四歲時，被唐太宗召入宮，封為才人（唐代一種妃嬪的稱號），賜號武媚。她稱帝后，又特地造了一個“瞾”字作為自己的名字，表示日月當空的意思。
唐太宗病死後，武則天等妃嬪被遣送到感業寺當尼姑。高宗李治在當太子時，就在太宗宮中見過武則天，彼此傾心。高宗即位後，有一天到感業寺拜佛，與武則天再次相見。武則天一面跪接，一面禁不住哭泣起來。高宗很感動，就想找機會把她接入宮中。
高宗的皇后王氏性情高傲，對上不肯奉承皇帝，對下人也不知體貼，再加上沒有生育皇子，已被冷落多年。高宗的淑妃蕭氏生有一子，封雍王，深受皇帝寵愛。當時后妃之間的爭鬥越演越激烈。王皇后知道高宗思念武氏，就想利用武則天來打擊蕭淑妃。她派人讓武則天留起頭髮，後來又把武則天接進宮中。高宗見了正合心意，就將武則天封為昭儀，越來越寵愛她。
武則天從小就聰明，有智謀。當年她被徵召入宮時，母親為她送別，哭得很傷心。武則天卻神色自若地説：“我去見皇帝怎知不是福分呢，何必像小兒女那樣悲傷。”她母親倒不好意思再哭了。武則天還有很好的文史知識修養，愛好文學、書法。她出眾的才華，使得只知道為爭寵而爭鬥的皇后、淑妃，在她面前相形見絀。高宗便產生了廢黜王皇后，改立武則天的心思。
高宗知道，改立皇后是件大事，必須聽取長孫無忌、褚遂良等老臣的意見，因為他們是太宗臨終時託付過後事的顧命大臣。為此，他還親自到長孫無忌家去説明心願。但長孫無忌和褚遂良都堅決反對，他們認為王皇后出身名門，是太宗皇帝為李治迎娶的，不能輕易廢掉；就是要改立皇后，也應當從名門望族中選擇更好的女子。武則天的父親，當年只是一個木材商人，只是因為幫助高祖李淵起兵，後來才當了工部尚書，封為應國公。因此武則天的出身實在很低微，不配做皇后。
他們的意見，代表的是士族地主階級的利益，而武則天代表的則是庶族地主階級。從南北朝以後，士族地主階級的勢力就在不斷跌落，庶族地主階級的勢力則在不斷上升。而唐高宗當時又想擺脱顧命大臣對他的控制，這就使他必然要依靠有才幹的，但是庶族出身的武則天。
一天，屬於元老派的李入朝覲見高宗。高宗便問他：“朕想立武昭儀為皇后，可是褚遂良很固執，堅持認為不可。他是顧命大臣，事情弄到這樣，該怎麼辦？”
李回答説：“改立皇后是陛下的家務事，何必去問外人！”
聽了李的回答，李治便下定了改立皇后的決心。公元655年，高宗李治下詔，將王皇后和蕭淑妃都廢為庶人，打入冷宮；將武則天封為皇后；又將那些反對此事的大臣或誅殺，或放逐，連他的舅父、顧命大臣長孫無忌也被逼自殺。
高宗在公元660年以後，頭暈病日益加重，使他不能正常地處理朝政。武則天對政治很有興趣，而且權力慾也很強，因此百官的奏章常由她代批。從此以後，武則天便參與國政。她極力樹立自己的權威，不久就凌駕於高宗之上。高宗心裏很不痛快，西台侍郎上官儀便對高宗説：“皇后專權，有失民心，請陛下廢黜她。”高宗就讓上官儀起草廢后的詔書。
不料，此事立刻被人通報給武則天。武則天聞訊趕來，厲聲責問高宗。高宗嚇得把責任一古腦兒推在上官儀身上。不久，武則天就找了一個罪名，殺掉了上官儀。
從此以後，高宗上朝，武后垂簾並坐。不論大小政事，都由武后説了算。公元674年，高宗稱天皇，武后稱天后，朝廷內外，將他們二人並稱為“二聖”。
公元683年，唐高宗病亡。武則天先立兒子李顯為帝，就是唐中宗。但中宗只是個傀儡，所有朝廷大事都由武則天説了算。中宗很不甘心，便自作主張，把皇后的父親從小小的參軍提升為刺史，並打算再把他提升為侍中。
武則天對此十分憤怒，立刻把中宗貶為廬陵王，另立豫王李旦為帝。但只過了半年多，她又把睿宗李旦廢了，改元為光宅，親自掌握朝政，並重用武氏家族。武則天隨便地廢立皇帝，是對封建社會男權的挑戰，也是傳統的男尊女卑思想不能容忍的；加上武氏家族仗着她的勢力橫行霸道，李唐皇族人人自危，因此引起一些人公開反對她。
先是徐敬業、駱賓王等人在揚州揭竿而起，他們公開提出口號：推翻武太后專權，擁護李顯復位。不幾天就聚集了十萬之眾，攻佔了潤州（治所在今江蘇鎮江）、淮陰等地。為了號召全國響應，作為唐代着名文學家的駱賓王，還親筆寫了討伐武則天的檄文。這篇檄文是一篇文采飛揚、膾炙人口的好文章，千百年來一直為人們所稱頌。檄文中，有些文字把武則天責罵得非常厲害，但武則天看了以後卻讚不絕口。她不僅不生氣，反而認為朝廷沒能任用駱賓王，實在是“宰相之過”。由此可見這位女皇帝的胸襟肚量。
武則天派大將軍李孝逸，率領三十萬大軍，鎮壓了徐敬業。此後又有唐宗室諸王起兵，反對武則天，但也被武則天鎮壓了。
公元690年九月，武則天將國號改為周，自己加尊號“聖神皇帝”。就這樣，她成了中國歷史上唯一一位登上皇帝寶座的女性。