大唐贞观二十三年(公元649年)，唐太宗李世民去世，太子李治即位，是为唐高宗，次年改元永徽。在李世民病重期间，宫中才人武则天和当时还是太子的李治开始建立了感情。李世民驾崩后，武则天按照惯例与部分没有子女的嫔妃们一起到长安感业寺出家为尼，但她仍与新即位的高宗李治一直藕断丝连。
唐高宗永徽元年(公元650年)五月，李治在为祭奠李世民周年忌日而到感业寺进香时，又与武则天相遇。两人相认，并互诉离别后的思念之情。因无子而失宠的王皇后看在眼里，便主动向李治请求将武则天纳入宫中，企图以此打击她的情敌萧淑妃。李治早有此意，当即应允。
永徽二年(公元651年)五月，李治的孝服期已满，武则天便再度入宫。入宫之前，武则天已经怀孕，入宫后便生下了儿子李弘。武则天回宫后，迅速打败萧淑妃，并获得了李治的宠爱。
永徽三年(公元652年)五月，武则天被拜为二品昭仪。当时王皇后、萧淑妃、武则天相互争宠，三人相互诋毁，但李治都没有听信。三人之间，王萧二人和武则天相比，武则天工于心计，心狠手辣。
永徽五年(公元654年)，武则天产下长女安定思公主。在公主出生后一个月左右，王皇后前来探望，怜爱并逗弄公主。离开后，武则天趁着没人，竟将公主掐死，又盖上被子掩饰。正好李治来到，武则天假装欢笑相迎，李治打开被子一看孩子，发现女儿已死，啼哭不已，并且惊问侍从，侍从都说：“皇后刚来过。”李治勃然大怒，认为是皇后杀了公主。武则天于是哭泣着数落着皇后的罪过，此时赶来的王皇后百口莫辩。李治从此有了“废王立武”的打算。之后，李治便想把武则天晋封为一品宸妃，由于受到宰相韩瑗和来济的反对，最后没办成。
当时朝廷中代表关陇集团的以长孙无忌、褚遂良为首的元老大臣势力强大，李治的权力受到很大的限制。李治想要废王立武的另外的意图是重振皇权，打击元老大臣的势力。以长孙无忌为首的很多大臣都反对唐高宗废王立武，此时的形势对武则天不利，因此武则天和李治在政治上有了共同的敌人。不久，中书舍人李义府首先发起支持“废王立武”，得到李治和武则天的重赏，许敬宗、崔义玄、袁公瑜等大臣见风使舵，也都转而支持立武则天为皇后，再加上元老李勣对此事绝不参与，使得李治再生废立之意。
永徽六年(公元655年)十月，李治终于颁下诏书，以“阴谋下毒”的罪名，将王皇后和萧淑妃废为庶人，囚于别院。他们的父母、兄弟等也都被削爵免官，流放岭南。七天以后，李治再次下诏，将武则天立为皇后，将反对废王立武最激烈的宰相褚遂良贬出京城。
显庆四年(公元659年)四月，武则天与李治达成共识，将长孙无忌、于志宁、韩瑗、来济等人削职免官，贬出京城。这样，李治基本实现了君主集权。“废王立武”事件沉重打击了关陇集团，自魏晋南北朝以来皇权不振的情况得以改观，对中国历史产生了非常大的影响。
显庆五年(公元660年)十月，李治风疾发作，头晕目眩，不能处理国家大事，于是让武则天处理朝政。然而也让武则天和李治之间出现了裂痕，也导致了武则天差一点被废。武则天最初能“屈身忍辱，奉顺上意”，因而李治力排众议，坚持立她为后。等到武则天得志后，“专作威福，皇上想要做什么，有很多就被武则天所制止”，李治很不满意。
麟德元年(公元664年)，宰相上官仪请求废后，李治同意，立刻命上官仪起草诏书。皇上身边的侍从立刻奔告于武则天，武则天立即到李治面前解释，动之以情，晓之以理，使得皇上于心不忍，对待武则天恩宠如初。从此，每当李治当朝理政，武则天便垂帘于后，政事无论大小都会听闻。天下大权，集中于中宫，升迁贬黜，生死祸福，却决于一句话。当时称为“二圣”。
由于李治在位时期国力昌盛，武则天积极劝其封禅泰山，封禅的时候本应该先由皇帝初献，公卿亚献。但武则天认为，封禅泰山是祭地的仪式，由太后配享，彰显后土之德。所以她要自己充当亚献，好孝敬自己的婆婆，李治应允。
上元元年(公元674年)八月，李治称天皇，武则天称天后。
上元二年(公元675年)，李治所患的风眩症愈加严重，便与大臣们商议，准备让武则天摄政，因宰相郝处俊劝谏，这才暂时停议。同年，太子李弘病逝，李治改立自己与武则天的二儿子李贤为太子。
调露二年(公元680年)，李贤因谋逆罪被废为庶人，流放巴州。因此，李治又立武则天第三个儿子李显为太子。
永淳二年(公元683年)，李治驾到奉天宫，当时武则天从封禅泰山以后，劝李治封禅中岳，李治因患病而终止。不久，李治命李显代理国政，宰相裴炎、刘齐贤、郭正一等人协助理政。李治从奉天宫回到东都洛阳，病得很严重，宰相以下大臣都不能晋见。同年十二月，李治驾崩于紫微宫贞观殿，临终遗诏命太子李显在灵柩前即位，军国大事有不能裁决者，由天后决定。四天以后，李显即位，是为唐中宗，尊武则天为皇太后，次年改元嗣圣。
嗣圣元年(公元684年)二月，李显打算任命韦皇后的父亲韦玄贞为侍中，裴炎力谏不听，李显生气地说：“朕即使把天下都给了韦玄贞，又有何不可？还在乎一个侍中吗？”武则天以此为借口，将李显废黜为庐陵王，将其迁到房州，改回李显的原名李哲。立第四子豫王李轮，改名李旦为帝，是为唐睿宗。大赦天下，改元文明。武则天临朝称制。废皇太孙李重照为庶人。太常卿兼豫王府长史王德真为侍中，中书侍郎、豫王府司马刘祎之为同中书门下三品。
同年三月，废太子李贤死于巴州。
同年四月，滕王李元婴去世。改封毕王李上金为泽王，葛王李素节为许王，迁庐陵王李哲至均州。
同年九月，武则天改元光宅，改东都为神都，同时令旗帜改从金色，紫色装饰。官服颜色、职省名称一并改易，赐宫城名为太初宫。已故司空李勣的孙子柳州司马徐敬业伪称扬州司马，杀死长史陈敬之，占据扬州举兵反武，自称上将，以扶持庐陵王为号召，在十多天内就聚合了十万部众。