高宗身邊的皇后
約從660年起,唐高宗長期患病,影響視力,武氏日益代他閱覽並裁決奏章。朝臣開始稱他們為「二聖」(er sheng),674年,二人並稱天皇與天后。同年,她提出十二條施政建議,其中包括獎勵農桑、減輕賦稅與徭役、減少軍事行動,以及即使父親在世,為母親也應服全喪。
這些年間,唐朝對外屢獲軍事勝利。唐軍與朝鮮半島的新羅結盟,於660年滅百濟,668年滅高句麗。在國內,皇位繼承卻動盪不安。她的長子、太子李弘於675年去世;其弟李賢於680年以謀反罪被廢,第三子李哲成為儲君。
皇太后時期,683–690年
高宗於683年底在洛陽去世。李哲繼位,是為唐中宗,但在684年初、即位不足兩個月時,因為說要把天下交給岳父韋玄貞而被廢。武氏扶立幼子李旦為唐睿宗,把他隔離於內宮,自己以皇太后身分獨自執政。
反對很快出現。684年,名將李勣之孫李敬業在揚州起兵,詩人駱賓王為此寫下一篇聲討她的著名檄文;叛亂約三個月內被平定。688年,數位唐室諸王起兵,同樣被擊敗,其後的整肅中,李氏皇族多人被殺或流放。為了找出敵人,她鼓勵告密,686年設置銅匭接受密奏,並賦予來俊臣、周興等酷吏廣泛的權力,他們的殘酷臭名昭著。
她還把政治中心東移。684年,洛陽改名「神都」,680年代末,宏大的明堂在此落成,成為她統治的禮制核心。
武周
690年秋,經過一連串精心安排的上表與祥瑞,睿宗退位,武氏登基稱帝(huangdi),建立新朝,國號為周(史稱武周),取自受孔子推崇的古代周室。睿宗改姓武,成為皇嗣。她至今仍是中國歷史上唯一以自己名義稱帝的女性。
多年來,皇位繼承在她自己的兒子與武氏侄輩之間懸而未決,後者以武承嗣與武三思為首,她將他們擢升至高位。698年,在宰相狄仁傑等人的勸說下,她把李哲從流放地召回,再立為太子,皇位於是確定仍屬李氏一脈。
登基前後,她頒行了一批新造的字,其中有「曌」,即她自己名字的寫法,字形是日月在空之上。這些字見於她在位期間的石刻墓誌及其他銘文,705年後基本不再使用,因此出現這些字,有助於為有銘文的器物斷代。「則天」這個名號,則出自她退位時所上的尊號。