武则天的谋划和支持下，唐高宗重赏第一个明确支持“废王立武”的五品官员李义府，让很多中层官员看到支持“废王立武”有利可图，于是，便纷纷转向支持立武则天为后，在朝廷上形成了一股“拥武派”，打破了原来元老大臣势力独大的铁板一块的局面，后来元老大臣中的李积也默许了唐高宗“废王立武”的政策。
于是在永徽六年，即公元655年，唐高宗立武则天为皇后，武则天随后残忍地虐杀了王皇后和萧淑妃，并让自己的儿子李弘做了太子，同时为高宗出谋划策，采用先易后难的策略，先后罢黜了褚遂良、韩瑗、来济等一帮元老大臣，最后除掉了三朝元老长孙无忌。至此，唐高宗基本实现了君主集权。“废王立武”事件沉重打击了关陇贵族集团，自魏晋南北朝以来皇权不振的情况得到了根本的改变，对中国历史产生了深远影响。
显庆五年，即公元660年，唐高宗初患风疾，开始让武则天处理部分政务。从此，武则天参与朝政，处事都符合唐高宗旨意。在此期间，出于天时、地利、人和等因素，朝政处理得十分顺利，特别是在隋末唐初屡屡受挫的高丽战场，自显庆五年后频频告捷，唐朝疆域也得到迅速的扩大。
随着唐高宗病情的加重，武则天独自处理朝政的机会越来越多，在朝廷上就慢慢有了公开的势力，引起了唐高宗的不满。麟德元年，即公元664年，唐高宗和宰相上官仪商议对策，决定废掉武则天。但是，没有想到的是，这个密谋最后因为武则天抢得先机、反应敏捷、处理得法而流产了。为了加强对朝政的控制，武则天开始垂帘听政。时人把她与唐高宗并称“二圣”。
麟德二年十月，武则天参加了泰山封禅，随后还提议高宗给大臣赐爵加价。通过这些举动武则天扩大了政治影响力，收买了人心。上元元年，即公元674年，武则天将唐高宗的皇帝称号改为“天皇”;自己则称“天后”，进一步提高了自己的政治地位。此后，她开始扶植外戚，为改朝换代做准备;同时武则天针对当时情况向唐高宗提了十二条建议，史称“建言十二事”，这是武则天第一次独立提出自己的施政纲领。
上元二年四月二十五日，太子李弘病死，改立李贤为太子，不久武则天又借故将其废黜，立三李显为太子。永淳二年，即公元683年，唐高宗驾崩，李显即位，是为唐中宗，改元嗣圣，册封武则天为皇太后。
第二年，武则天废李显为庐陵王，立李旦为帝。武则天临朝称制，从此武则天开始了真正独断朝纲的时代。同年九月，徐敬业在扬州会聚了十万人马，发动了一场针对武则天的叛乱，武则天派遣三十万大军迅速平定了叛乱;与此同时武则天诛杀了顾命大臣裴炎等人，基本清除了朝中的反对派。
她还设计逼反李唐宗室，借机大开杀戒;扫除称帝的障碍。为了打击潜在的对武则天不满的人，垂拱二年，即公元686年，武则天开始奖励告密之人，任用酷吏。
在打击反对派的同时，武则天还造祥瑞，建明堂，并在佛教经典《大云经》中找到了女人称帝的依据，为自己称帝大造舆论。垂拱四年五月十八日，武太后加尊号“圣母神皇”，向称帝试探性地迈出了一步。