登基為帝
光宅元年（684年）二月，李顯打算任命韋皇后之父韋玄貞為侍中，宰相裴炎力諫，李顯生氣地說：”朕即使把天下都給韋玄貞，又有何不可？還在乎一個侍中嗎？”武則天以此為借口將李顯廢黜為廬陵王，并遷于房州。立第四子豫王李旦為帝，是為唐睿宗，武則天臨朝稱制，自專朝政。同年九月，徐敬業(yè)、徐敬猷兄弟聯(lián)合唐之奇、杜求仁等以扶支持廬陵王為號召，在揚州舉兵反武，十多天內(nèi)就聚合了十萬部眾。武后當即以左玉鈐大將軍李孝逸為揚州道大總管，率兵三十萬，前往征討。十一月，徐敬業(yè)兵敗自殺。
垂拱二年（686年）三月，武則天下令制造銅匭（銅制的小箱子），置于洛陽宮城之前，隨時接納臣下表疏。同時，又大開告密之門，規(guī)定任何人均可告密。凡屬告密之人，國家都要供給驛站車馬和飲食。即使是農(nóng)夫樵人，武則天都親自接見。所告之事，如果符合旨意，就可破格升官。如所告并非事實，亦不會問罪。同時，武則天又先后任用索元禮、周興、來俊臣、侯思止等一大批酷吏，掌管制獄，如果被告者一旦被投入此獄，酷吏們則使用各種酷刑審訊，能活著出獄的百無一二。這樣，隨著告密之風的日益興起，被酷吏嚴刑拷打致死的人日漸增多。于是在朝廷內(nèi)外便形成了十分恐怖的政治氣氛，以致大臣們每次上朝之前，都要和家人訣別，整天都惶惶不可終日。為獎勵告密，武則天對告密者破例授官。是年殺安南王李穎等宗室十二人，又鞭殺故太子李賢二子，唐之宗室被殺戮殆盡，其幼弱幸存者亦流嶺南。
武則天謀奪李唐的社稷，翦除唐宗室，諸王不自安，欲起兵對抗。還未有共識的時候，博州刺史瑯邪王李沖，垂拱四年（688年）八月于博州（今山東聊城東北）舉兵。豫州刺史越王李貞起兵豫州（今河南汝南）呼應。武則天分遣丘神勣、魏崇裕擊之?，樞巴趵顩_起兵七日敗死；九月，越王李貞兵敗自殺。武則天想盡除李氏諸王，使周興等審訊之，迫韓王李元嘉、魯王李靈夔、黃國公李撰、東莞郡公李融、常樂公主等自殺，親信等均被誅。
同年，武則天命令薛懷義率令萬多人，毀乾元殿，建明堂，花了近一年落成，高二百九十四尺，闊三百尺。共三層，上為圓蓋，有條九龍作捧著的姿態(tài)。上有鐵鳳，高一丈。飾以黃金，稱為“萬象神宮”。明堂既成，又命僧薛懷義鑄大像，大像的小指也可以容納數(shù)十人，于明堂北起五層高的天堂來收納這個大像。所花費用以萬億計，政府財政為之枯竭。武承嗣命人鑿白石為文曰：“圣母臨人，永昌帝業(yè)。”號稱在洛水中發(fā)現(xiàn)，獻給武則天，武則天大喜，命其石曰“寶圖”。之后武則天加尊號為“圣母神皇”。
載初二年（691年）七月，法明等撰《大云經(jīng)》四卷，說武則天是彌勒佛化身下凡，應作為天下主人，武則天下令頒行天下。命兩京諸州各置大云寺一所，藏《大云經(jīng)》，命僧人講解，并將佛教的地位提高在道教之上。九月侍御史傅游藝率關中百姓九百人上表，請改國號為周，賜皇帝姓武。于是百官及帝室宗戚、百姓、四夷酋長、沙門、道士共六萬余人，亦上表請改國號。武后準所請，改唐為周，改元天授。尊號圣神皇帝，改元天授，但仍以李旦為皇嗣，賜姓武氏。立武氏七廟于神都，追尊周文王曰：始祖文皇帝。立武承嗣為魏王，武三思為梁王，其余武氏多人為王及長公主。
長壽元年（692年）九月，武則天派王孝杰與阿史那忠節(jié)率軍出征西北。十月二十五日，王孝杰大破吐善，收復龜茲、疏勒、于闐、碎葉安西四鎮(zhèn)，設安西都護府于龜茲。在群臣一致反對的情況下，武則天毅然加派安西四鎮(zhèn)成兵3萬。這一措施使安西四鎮(zhèn)從此安定，直到唐玄宗時再無反復。
長壽二年（692年）正月初三，殺皇嗣李旦的妃子劉氏、德妃竇氏。初七，將皇孫李成器降等封為壽春郡王，恒王李成義降為衡陽郡王，楚王李隆基降為臨淄郡王，衛(wèi)王李隆范降為巴陵郡王，趙王李隆業(yè)降為彭城郡王。九月初九，武則天加號“金輪圣神皇帝”，施行大赦，賜準聚飲七日，制作金輪、白象等“七寶”。十四日，武則天追尊曾祖父烈祖昭安皇帝為渾元昭安皇帝，祖父顯祖文穆皇帝為立極文穆皇帝，其父太祖孝明高皇帝為無上孝明高皇帝。
長壽三年（694年），武三思率四夷首領請以銅鐵鑄天樞，立于端門外，以歌頌武則天的功德。武則天親題曰：“大周萬國頌德天樞”。天樞鑄造歷時八月而成，高一丈，用銅鐵二百萬斤。
天冊萬歲元年（695年）正月初二，武則天加號為“慈氏越古金輪圣神皇帝”，改年號為“證圣”。施行大赦，賜準聚飲三日。[20] 五月，契丹首領李盡忠和孫萬榮率兵起義，攻陷營州，殺都督趙文翙。武則天派將軍曹仁節(jié)、張玄遇、李多祚等率兵征討。由于誤中吐蕃伏兵，全軍覆沒。接著，武氏再派武攸宜、王孝杰等率兵討伐，均大敗而歸。神功元年（697年）四月，武則天又派武懿宗、婁師德、沙咤忠義率兵二十萬，討伐契丹。六月，孫萬榮兵敗被殺，契丹余眾歸降于突厥。
神功元年（697年），酷吏來俊臣欲羅告武氏諸王及太平公主，又欲誣皇嗣（唐睿宗）及廬陵王（唐中宗）與南北衙共同謀反，擬一網(wǎng)打盡。武氏諸王與太平公主都十分害怕，共同揭發(fā)其罪行，下獄處以極刑。仇家爭食其肉，不一會就食盡。來俊臣兇狡貪暴網(wǎng)羅無辜，織成反狀，殺人不可勝計。“贓賄如山，冤魂塞路”，武后亦知天下憤怨，下令數(shù)他的罪狀，并沒收其家財。
圣歷元年（698年），武承嗣、武三思謀求當太子，幾次使人對武后說：“自古天子沒有以異姓當做繼承人的?！蔽鋭t天猶豫未決，狄仁杰對武后說：“姑侄之與母子，哪個比較親近？（武承嗣、武三思皆武后之侄，中宗、睿宗則武后之子），陛下立兒子，那么千秋萬歲后，會在太廟中作為祖先祭拜；立侄子，那么從未聽說侄子當了天子，把姑姑供奉在太廟?！庇謩裎鋭t天召還李顯。從此，武則天沒有立武承嗣、武三思為太子的心思，于是召李顯回洛陽，皇嗣李旦請求遜位于廬陵王，于是武則天立李旦為皇太子，命為元帥，狄仁杰為副元帥率兵擊突厥。
武則天解決了繼承人的問題后，武則天已經(jīng)沒有什么棘手的問題需要解決，她志得意滿，加上年齡增長，開始耽于享樂。
張易之、張昌宗兄弟年少美姿容，入侍武后。二人常傅朱粉、穿著華麗的衣服。武承嗣、武三思等都爭著追捧他們，甚至為他們執(zhí)鞭牽馬。當時武則天已經(jīng)進入真正意義上的暮年，老病纏身的她長時間不能上朝，對朝政的控制力下降，她將二張兄弟當做耳目，二張兄弟逐漸插手朝政，陷害宰相魏元忠，不僅跟大臣結怨，也使得武則天回歸李唐、傳位太子的形勢發(fā)生逆轉，引起了政局的復雜化，武則天母子、君臣關系也因此空前緊張起來。據(jù)史料記載，武則天孫女永泰公主因與丈夫武延基和皇兄、時為邵王的李重潤一起議論面首張易之、張昌宗兄弟，被處死。
神龍元年（705年）正月，武則天病篤，臥床不起，只有寵臣張易之、張昌宗兄弟侍側。宰相張柬之、崔玄暐與大臣敬暉、桓彥范、袁恕己等，交結禁軍統(tǒng)領李多祚，佯稱張易之、張昌宗兄弟謀反，于是發(fā)動兵變，率禁軍五百余人，沖入宮中，殺死二張兄弟，隨即包圍武則天寢宮，要求武則天退位，史稱神龍革命。
武則天被迫禪讓帝位與太子李顯。李顯上尊號為“則天大圣皇帝”，武周一朝結束，唐朝復辟，百官、旗幟、服色、文字等皆復舊制，恢復以神都為東都。
神龍元年農(nóng)歷十一月二十六日（705年12月16日），武則天在上陽宮病死去世，享年82歲，遺詔省去帝號，稱”則天大圣皇后“。神龍二年（706年）五月，與高宗合葬乾陵。
雖然唐室依照她的遺詔謚號，后來仍有數(shù)次修改：
唐隆元年（710年），改為天后。
景云元年（710年），改為大圣天后。
延和元年（712年），改為天后圣帝，未幾，改為圣后。
開元四年（716年），改為則天皇后。
天寶八載（749年），加謚則天順圣皇后。