显庆五年（公元660年）唐高宗得了重病，《通鉴》记载：高宗“初苦风眩头重，目不能视，百司奏事，上或使皇后决之。”武则天自此参与朝政。但遭宰相上官丁反对。《旧唐书》记载，上官丁“狻恃才任势”，为维护既得利益，上官指使同党捏造武后罪名，想激怒高宗，废武后，最终反被指控为与太子燕王李忠谋反而被诛杀。

上元元年（公元674年）十二月，武则天上奏治理国家的十二条意见，这是武则天第一次系统地阐述自己的政治主张。史称“建言十二事”。即：

1、发展农桑，减轻赋税和徭役；

2、京师附近的百姓免除租税和徭役；

3、停止对外用兵，以道德教化天下；

4、普天下无分南北，不论宫内宫外一律禁止浮华淫巧；

5、避免大兴土木，节省开支和劳动力；

6、广开言路；

7、杜绝谗言；

8、王公以下都要学习《老子》；

9、父在母亡，为母守孝三年；

10、上元元年以前，因功授予勋官、已发给证书的人，无须再进行追查考核；

11、京官八品以上增加俸禄；

12、文武百官任职已久，才能高而职位低的，可以晋升。

弘道元年（公元683年）十二月四日，唐高宗死于洛阳宫之贞观殿，享年56岁。遗诏是：“七日而殡，皇太子即位于柩前，园陵制度，务从节俭。军国大事有不决者，取天后处分。”几天后，武则天第三个儿子李显即位，是为中宗，时年28岁。武则天以太后身份临朝称制。李显在位仅两个月，便为武则天所废。嗣圣元年（公元684年）二月六日中宗被废之后，武则天的小儿子豫王李旦继位，是为睿宗，武则天以皇太后的身份临朝称制，睿宗当傀儡。

武则天临朝称制，已抑制不住政治野心。她在《改元光宅赦文》中表示，自己要励精为政，使国泰民安，以不负高宗重托。她实施多项改革：一，广开言路。《通鉴》记：垂拱元年（公元685年）二月，武则天下制：“朝堂所置登闻鼓及肺石，不须防守，有击鼓立石者，令御史受状以闻。”二，扩大仕途。“制内外九品以上及百姓，咸令自举。”三，注重吏治。武则天亲自撰写《臣轨》，从十个方面要求臣下：1、同体；2、至忠；3、守道；4、公正；5、匡谏；6、诚信；7、慎密；8、廉洁；9、良将；10、利人。要求臣下德才兼备，忠君爱民。

光宅元年（公元684年）九月中旬，武则天同意侄子武承嗣的建议，追尊其祖先为王，立武氏七庙。因传统只有天子才建七庙，故宰相裴炎反对，并提出：“独不见吕氏之败乎！”以西汉吕后专权失败相告诫。这时眉州刺史英公徐敬业和几个因事被贬、被免官的失意官僚，看到唐宗室人人自危，官僚中也有人对武则天不满，便集合到扬州，阴谋乘机作乱。其党监御史裴炎外甥魏思温，利用出使江都的机会，囚禁扬州长史，控制了扬州城。他们以恢复庐陵王李显皇帝为辞，举兵叛乱。武则天问计于裴炎，裴炎回答说：若太后返政，则不讨自平矣。在一些大臣的支持下，武则天一面将裴炎下狱，斩于都亭；一面调动三十万大军，用了两个多月的时间，压平了徐敬业的叛乱。

武则天要走向皇位，必须要有一定的部署。除了要剪除异己，兴起酷吏来铲除政敌外，还诛杀李氏皇室。此外，又改革科举，以打击政敌，逐渐获得广大地主官僚的支持。有了人和，还需要天意。垂拱四年（公元688年），武承嗣宣称在洛河发现“洛书”。武则天大喜，命此石为“宝图”，并亲拜洛水，又在神都洛阳举行浩大受图仪式，以表明老天爷同意她做皇帝。

武则天要从皇太后之位走向皇位，还需要铲除异己，最有效的方式就是利用酷吏。先后诛杀了唐宗贵戚数百人、大臣数百家。后人由此有评武则天为暴君，但其实酷吏只是武则天走向皇位的重要工具，当她的皇位稳定以后，便坚决把这些酷吏除去。除了酷刑，她亦利用各种庆典给官吏提级、赐勋，给高官子弟官职，亦让九品以上的官吏和普通老百姓自我推荐，他们只要考试合格，便立即加以任用，甚至告密也往往可以得官。