在与反对派周旋的同时，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（688年）五月十八日，武则天向称帝试探性地迈出了一步，为自己加尊号为“圣母神皇”。
载初元年（690年），武则天改国号为周，正式登基称帝为圣神皇帝，定东都洛阳为神都，史称“武周”，这一年武则天67岁，以如此高龄君临天下，武则天成为中国历史上唯一一位女皇帝，也是继位年龄最大的皇帝。
武则天称帝后，采取了一系列治国措施。
在人才的应用方面，武则天为了夺取政权，维护统治，任用酷吏打击反对派；但是武则天还任用了很多贤臣来治理天下，武则天作为一个政治家在历史上以知人善任著称，娄师德、狄仁杰等著名的贤臣均在其任用之列，后来的“开元贤相”姚崇和宋璟也是武则天时期提拔起来的。武则天善于用人还体现在她在用人制度上的改革和创新。她改革科举，提高进士的地位；举行殿试；开创武举、自举、试官等多种制度，让大批出身寒门的子弟有了一展才华的机会。
唐人沈既济在谈及科举制度时说到：“太后颇涉文史，好雕虫之艺。”“太后君临天下二十余年，当时公卿百辟，无不以文章达，因循日久，浸已成风。”沈既济的这些话包含了丰富的内容。一是武则天重视科举，大开制科。有一次策试制科举人时，她亲临考场，主持考试。二是当时进士科和制科考试主要都是考策问，也就是申论。文章的好坏是录取的主要标准。三是武则天用人不看门第，不问其是否是高级官吏的子孙，而是看其是否有政治才能，因此特别注意从科举出身者中间选拔高级官吏。
在国家经济方面，虽然早在贞观年间就提出过“劝农桑”的政策，但是由于各种原因，未能很好地施行。因此，武则天在建言十二事中就建议“劝农桑，薄赋役”。在她掌权以后，又编撰了《兆人本业记》颁发到州县，作为州县官劝农的参考。她还注意地方吏治，加强对地主官吏的监察。对于土地兼并和逃亡的农民，也采取比较宽容的政策。因此，武则天统治时期，社会是相当安定的，农业、手工业和商业都有了长足的发展，人口也由唐高宗初年的380万户进一步增加到615万户，平均每年增长9.1%。这在中古时代，是一个很高的增长率，也是反映武则天时期唐代经济发展的客观数据。
在军事方面，武则天时期基本维持了唐朝的疆域和地位。武则天执政后，边疆并不太平。西方西突厥攻占了安西四镇，吐蕃也不断在青海一带对唐展开进攻。北边一度臣服的东突厥和东北的契丹一直打到河北中部。武则天一方面组织反攻，恢复了安西四镇，打退了突厥、契丹的进攻，同时在边地设立军镇，常驻军队，并把高宗末年在青海屯田的做法推广到现甘肃张掖、武威、内蒙古五原和新疆吉木萨尔一带。以温和的民族政策，接纳多元文化的发展。对在屯田工作上作出了巨大贡献的娄师德，武则天致书嘉勉。书中特别指出，由于屯田，使得北方镇兵的粮食“数年咸得支给”。长安二年（702年），武则天于庭州置北庭都护府（今新疆吉木萨尔北破城子），取代金山都护府，管理西突厥故地，仍隶属于安西都护府，巩固了唐朝中央政府对西域地区的管辖。另外，武则天时期府兵制开始瓦解，根据实际情况，武则天在募兵制度方面有所创新，在边疆地区招募“团结兵”（团练），“团结兵”具有一定雇佣兵的性质，这在中国军事史上有一定意义。
在文化方面，武则天在位时镕裁文史，光耀文史。重视重要建筑的修建，较著名的有长安大雁塔、嵩山少林寺、洛阳龙门石窟和乾陵。兼容三教，使其发展。武则天本人遵儒、宠道、信佛，她派人把三教之精华编为一本《三教诸英》。发展科举，提高官僚队伍的文化素质，开放殿试，增加制举次数和常举难度。科举出身做到高级官吏的人越来越多，这大大刺激了士人参加科举的积极性，更刺激了寻常百姓读书学习的热情。后来开元、天宝年间“父教其子，兄教其弟”“五尺童子耻不言文墨焉”的社会风气，就是从武则天时期开始的。正是文化的普及，推动了文化的全面发展，著名的诗人和文学家崔融、李乔都是这个时期涌现出来的。雕塑、绘画也在这个时期达到了前所未有的水平。所以史称武则天当政时期为“贞观遗风”。为了改革文化，武则天还创造了则天文字。部分的则天文字还传到日本、韩国，甚至成为某些日本人的人名用字。
武则天称帝后，一直没立太子，她将原来的皇帝李旦称为“皇嗣”，“皇嗣”身份近似于太子又不是太子。按照父系社会的传统，中国古代的皇权都是在一家一姓中传递的。这种继承方式让女皇武则天大受困扰：如果让儿子继承帝位，那倒是一家了，但却跟自己不是一个姓；如果把皇位传给侄子，跟自己是一个姓了，可又不是一家。武则天的侄子武承嗣为了能当上太子，使尽了浑身解数，连出狠招，把皇嗣李旦折腾得死去活来。经过狄仁杰等大臣的劝说，契丹、突厥先后打出匡复李唐的旗号反周，武则天看到百姓仍心向李唐皇室，再加上武氏子弟的不成器，武则天最终下定决心重新立已经被废为庐陵王的李显为太子。解决了继承人的问题后，武则天已经没有什么棘手的问题需要解决，她便志得意满，加上年龄的增长，武则天开始耽于享乐。
武则天晚年，一批男宠慢慢走进她的生活。高宗去世后不久，武则天便有了第一个男宠冯小宝，当时武则天还比较注意约束男宠，后来冯小宝因为任性使气得罪了武则天，最后被秘密杀死。武则天生命中的第一个男宠销声匿迹后，张易之、张昌宗兄弟迅速崛起，成为武则天的新宠。当时武则天已经进入真正意义上的暮年，老病缠身的她长时间不能上朝，对朝政的控制力下降。她将二张兄弟当做耳目，二张兄弟逐渐插手朝政，陷害宰相魏元忠，不仅跟大臣结怨，也使得武则天回归李唐、传位太子的形势发生逆转，引起了政局的复杂化，武则天母子、君臣关系也因此空前紧张起来。
神龙元年（705年）正月，张柬之、桓彦范、崔玄、敬晖等人联合右羽林大将军李多祚发动政变，杀死二张兄弟，逼武则天退位，迎中宗复位。同年十一月，武则天去世，享年82岁，遗诏“去帝号，称则天大圣皇后。”
历史上掌权的女人并不少，然而称帝的只武则天一人，究其原因离不开天时、地利、人和的因素。武则天开始掌权还没称帝之前，唐朝的各方面朝政都发展得十分顺利，特别是在隋末唐初屡屡受挫的高丽战场，自显庆五年（660年）后频频告捷，唐朝疆域也得到扩大。
历来史学家们对武则天都是褒贬不一，而她能被李白列为唐朝“七圣”之一，自有她的过人之处。武则天不仅是一位杰出的女政治家，还是一位杰出的女军事战略家。“政启开元，治宏贞观”，她在各方面都发展了贞观之治，并为开元盛世奠定了基础。由于均田制的推行和科举制的勃兴，世袭贵族势力迅速衰落，中小地主阶层急剧崛起，大批文人学士昂然跻身政坛，这种历史趋势为武则天登上女皇宝座创造了不可或缺的基础。
狄仁杰不惧妒女祠
狄仁杰是武则天时期的宰相、杰出的政治家。狄仁杰先后任大理丞、侍御史等职务，一生破获无数冤案、奇案，他刚正廉明、执法不阿、兢兢业业，在刚刚升任大理丞的一年中竟然判决了大量的积压案件，涉及1.7万人，无冤诉者，一时名声大振，成为朝野推崇备至的断案如神、摘奸除恶的大法官。为了维护封建法律制度，狄仁杰甚至敢于犯颜直谏。因而，后人对他的评价极高，而关于他的传说、记载也有很多。
狄仁杰任度支员外郎的时候，有一次，皇帝将要巡视汾阳，狄仁杰奉命前去筹办皇上旅途中的供应。古代皇帝出巡，沿途需要不断供给各种食物、水果等。正当狄仁杰忙着准备的时候，并州长史李玄冲前来报告，说：“狄大人，我们事先安排皇上所走的路线要经过妒女祠。”狄仁杰不明白这有什么不妥，疑惑地问：“怎么，有何不妥？”李玄冲继续说：“民间传说凡是穿着华贵衣服的人和大队车马路过妒女祠的，一定要遭到雷轰风袭的。所以以往如果有结婚的队伍或者达官贵人回乡省亲的大队都会绕过这妒女祠，以防不测啊。如今不如我们赶快通知皇上的卫队，改路而行吧。”狄仁杰听到这里，知道这民间传说不足为信，肯定是不怀好意的人们麻痹百姓而散布的谣言，以吓唬人们。于是，他就对李玄冲说：“天子外出巡幸，千车万马，声势浩大，皇上乃是天子，天上的神仙都要对其十分尊敬，风伯要为皇上清除前行的灰尘，雨师要为皇上润洒前行的大道，这妒女只不过是个普通的小仙，哪敢跑出来加害皇上，所以皇上根本不需要回避什么啊！”李玄冲听后，也觉得狄仁杰说的话有道理，就不再坚持己见了。后来皇上巡幸经过此地的时候，果然相安无事。
李隆基起兵讨韦
李显暴病身亡，韦后以皇太后的身份听政。实际上，朝中大权全都掌握在她手中。韦后如此祸乱朝纲，很快引起了李氏宗族的不满。在这其中有一个文武全才、胆识过人的皇氏宗亲挺身而出，他就是李旦的三儿子临淄王李隆基。李隆基20岁以前生活在武则天掌权的时代。可以说，他与父亲以及众多的李氏宗亲均处于一种逆境之中。但与父亲李旦以及众位叔伯不同的是，他不甘心做一个弱者，而是在父亲李旦的严格教育下，勤读诗书、骑马习射，立志要在逆境中崛起，重振李氏皇威。
李显突然暴亡，李隆基立即意识到其中定有见不得人的勾当。并且他对韦氏淫乱后宫之事也早有耳闻，特别是见她与骄纵的安乐公主搅在一起，便意识到自己和父亲的处境都很危险，韦后迟早要对他们下毒手，因此早已做好了思想准备，暗中积极筹划。御林军武官葛福顺、陈玄礼二人与李隆基私交很好。一天，二人对李隆基说起御林军统领韦播（韦后之弟）经常殴打御林军将士之事，同时表现出强烈的不满。李隆基认为机会来了，便与二人密谋杀死韦播，整顿朝纲。二人早有此意，正苦于无一个合适的人领头起兵，一听李隆基此言，立时答应下来。
李隆基知道光凭他们三人的力量是不足以成就大事的。于是又联合了足智多谋的刘幽求、钟绍京等人，准备发动一场大的宫廷政变。在此期间，有人曾主张此次起事可以让在当时还颇有影响力的被武则天废掉的皇帝李旦参加。李隆基深知父亲软弱忍让的性格，便慷慨激昂地对众人道：“我们做此事，绝不是了自己，而是为了大唐江山的社稷，一旦成功，真是相王（指李旦）的福气，如让相王牵扯进来，万一失败，必受株连。而且，如若告知相王，他若不同意，岂不破坏了我们的行动？”众人一听有理，便都同意李隆基的计划。
一天夜里，葛福顺在御林军营将熟睡中的韦播一剑刺死。然后对众将士道：“韦后毒死先帝，淫乱后宫，祸乱朝纲，违背君臣人伦大礼。为了大唐江山社稷，我们今晚入宫将姓韦的全部杀死，拥立相王，大家看如何？”军兵们平日早不堪忍受韦播，见此情况，纷纷欢呼以示响应。
此时，韦后正与她的几个情夫在后宫喝酒调笑。自从李显被害，她更加肆无忌惮，每夜必引她的几个情夫轮流侍寝，甚至白天也当着众多宫女太监的面与她的情夫做那苟且之事，后宫中的诸多侍从深以为耻。而且，韦后为人凶狠，动辄责咎众人，因此宫中之人几乎没有不恨她的。今夜，正当她还沉浸在她的淫乱风情之中时，李隆基突然带兵杀入，口中还高喊着“杀韦后，立相王”的口号。宫中众人一听，也立时纷纷参加进去。韦后与她的情夫们听到喊声，吓得惊慌失措。几个男人穿衣戴帽，丢下韦后落荒而逃。韦后又急又气，也顾不得脸面，衣服不整，头发凌乱地向宫外跑去。她此时倒还清醒，知道该去投奔她那个统率御林军的弟弟。可她不知韦播早已先她一步而去了。她刚刚跑到御林军营门口，正好赶上御林军将士冲出来，要去与李隆基会合。为首的葛福顺一眼看见狼狈不堪的韦后，口中喊了一声“贱人”，上前一步，手起刀落，砍下韦后人头。至此，韦后的女皇梦才彻底破灭了。
弑杀亲父的安乐公主也没能逃脱被杀的下场。韦后的几个情夫均被将士们揪出来乱剑刺死。宰相宗楚客侥幸逃脱，化装成小商贩，企图在第二天混出城去，不料被城门守军认出，当场被砍下头来。韦氏宗族的人，被李隆基下令满门抄斩，平日仗着韦氏宗族的势力作威作福的人也被一并处死。于是，李隆基令闭宫门及京师门，派万骑分头搜杀诸韦及死党，武氏宗属也诛死殆尽。当天，朝中大臣以临淄王李隆基为平王，知内外闲厩，兼押左右厢万骑。
开元盛世
在武则天和唐中宗、唐睿宗时期，政治昏暗，弊端丛生。唐玄宗李隆基在位44年，针对社会弊病，在开元年间任用政治家姚崇、宋璟等人进行改革，取得了显著的效果。
首先，重新重视发展农业生产。兴修水利，灭蝗止灾。721年，李隆基派宇文融为劝农使到全国各地检察逃户和隐田，检出逃户80余万和不少田地。对逃户免6年租调徭役，由各州安插于均田土地上。由此，增加了国家收入。
其次，李隆基裁汰冗官，整顿吏治，注重职官的铨选，强调以功、以才授官，尤其重视直接临民的县令的选任。加强对官吏的考核，各道按察使对地方官吏循名责实，进行政绩考核，作为黜陟的根据。
再次，李隆基接受姚崇建议，压抑佛教，整顿财政，提倡节俭。经过开元年间的改革，李隆基统治下的唐王朝进入了全盛的时期，出现了经济繁荣、社会安定、文化昌盛、国力强大的局面。
开元年间，唐朝从契丹手中收复了辽西21州；日本、朝鲜半岛同唐朝的联系频繁；漠北拔也古、同罗、回纥等都重新归顺唐朝；收复了碎叶城，并打败了吐蕃、小勃律，唐朝的声威远播西亚。
杜甫在《忆昔》诗中描写开元时期的繁盛情况道：“忆昔开元全盛日，小邑犹藏万家室。稻米流脂粟米白，公私仓廪俱丰实。九州道路无豺虎，远行不劳吉日出。齐纨鲁缟车班班，男耕女织不相失。”开元年间物价较为低廉平稳，国家仓储盈满，以至“左右藏库，财物山积，不可胜较”。直至天宝末年，物价长期稳定，物价低廉平稳对社会的安定有着积极的作用。在此时期，户口增长明显。
在李隆基统治时期，大唐国势蒸蒸日上。人们把李隆基统治初期的20多年时间称为“开元盛世”，认为“开元盛世”可与李世民统治时期所出现的“贞观之治”相媲美。
李隆基与杨玉环
李隆基在中国帝王史上是一代盛世明君，故被称为唐明皇。然而，他又是一个风流天子，和杨玉环有一段哀艳离奇的风流韵事，被人们作为恋爱的经典故事传诵千古。
