嗣圣元年（684年）二月，即位不久的唐中宗李显急于培植自身势力、扶持外戚集团，意图摆脱母后与辅政大臣的制衡束缚。李显执意破格提拔韦皇后之父韦玄贞，欲将其擢升为侍中，跻身宰相重臣之列，执掌中枢权力。
辅政宰相裴炎恪守礼制、坚决反对外戚擅权，直言韦玄贞资历浅薄、无功无绩，不可破格拜相，当庭极力阻拦、坚决驳回诏令。年轻气盛、心智浅薄的李显恼羞成怒，当庭口出狂言、失仪失度，愤然怒斥：“朕即使把天下都给韦玄贞，又有何不可？何惜一侍中官职！”
此番狂悖言论，彻底暴露李显昏聩轻率、不堪为君的短板。武则天得知后，以君主昏庸、不堪执掌社稷为由，当即决断废帝立储。她迅速掌控宫城禁军、召集百官，下诏废黜李显帝位，降为庐陵王，随后将其流放软禁于房州，彻底剥夺其皇权。
废黜李显后，武则天改立第四子、性情温顺内敛的豫王李旦为新帝，是为唐睿宗。李旦深知朝政权柄尽归母后，全然不敢干预政事，自此武则天正式临朝称制、独揽大唐皇权，成为王朝实际统治者。
同年九月，武则天正式开启改朝换代、革故鼎新的政治改革，下诏改元光宅，全面革新大唐规制：改东都洛阳为神都，确立洛阳为王朝政治核心；更改举国旗帜配色，统一改为金色，彰显新朝气象；同时大规模改革官服配色、朝堂规制、各省官署名称，将皇宫正殿更名为太初宫，全方位打破李唐旧制，为建立武周政权铺路造势。
同月，扬州爆发大规模反武叛乱。名臣之后徐敬业以“匡复李唐、扶持庐陵王李显复位”为正义旗号，在扬州起兵讨伐武则天、反抗女主临朝。其振臂一呼、四方响应，短短十余日便聚众十万、声势浩大，震动东南半壁江山，严重威胁武则天的统治根基。
面对叛乱危机，武则天临危不乱、调度有方，即刻任命左玉钤大将军李孝逸为扬州道大总管，统领三十万大军南下征讨叛军。唐军军纪严明、战力强悍，历经两月征战，彻底击溃叛军主力。十一月，徐敬业兵败溃散、走投无路，最终兵败自杀，这场声势浩大的反武叛乱被迅速平定，武则天彻底稳固了临朝统治。
垂拱元年（685年）五月，为广纳天下贤才、打破士族门阀垄断、拓宽寒门入仕渠道、笼络天下人心，武则天下达求贤诏令：允许朝野内外九品以上官员、天下普通百姓自行举荐自身、自荐入仕。无论出身贵贱、门第高低，但凡有才之士、身怀技艺、能理政安民者，皆可自荐求官，朝廷择优录用、破格提拔。此举极大充实了朝堂人才储备，为寒门子弟开辟仕途，进一步制衡传统士族势力。
垂拱二年（686年）正月，武则天为试探朝野人心、彰显自身无独占权柄的私心，假意下诏归政于唐睿宗李旦。但李旦深谙朝堂局势、知晓母后权欲极盛、归政绝非真心，一旦贸然掌权必遭祸端，遂数次上表、坚决推辞、固让皇权，始终不敢亲理朝政。武则天顺势收回归政诏令，继续临朝称制、独掌军国大权。
同年三月，为畅通言路、监察朝野、洞察百官动静、杜绝隐匿奸佞、掌控天下舆情，武则天独创监察利器，下令精工打造铜匦，安置于洛阳宫城正门之前。铜匦分为四格、各司其职、分类收纳天下文书：延恩匦收纳天下文人献赋颂、自荐求仕的文书；招谏匦接纳百官百姓评议朝政得失、直言时弊的谏言；伸冤匦专供天下蒙冤之人投递诉状、申诉冤屈；通玄匦收录天象灾异、军机秘计、各地异动的密报。
铜匦全天候开放、无人值守、匿名投递，随时接纳天下表疏言论。这项制度极大拓宽了朝廷的信息渠道、广开言路、震慑贪官污吏、及时稳定朝野乱象，成为武则天掌控朝政、监察天下的核心制度，对稳固其临朝统治起到至关重要的作用。
为彻底监察李唐宗室、制衡文武百官、杜绝叛乱异心、肃清朝野隐患，武则天全面推行告密制度，明文规定：天下臣民，无论官吏百姓、贵贱尊卑，任何人皆可上京告密、揭发异心之人。
朝廷配套完善保障机制：但凡上京告密者，地方官府不得阻拦、不得私自审讯盘问，全程由朝廷驿站供给车马食宿、全程护送入京，保障告密者安全。即便是山野农夫、市井樵人、底层百姓，武则天皆亲自召见、当面问询。告密内容若贴合实情、合乎圣意，即刻破格提拔、授予官职；即便告密不实、诬告错告，也一律不予追责、无罪释放。
宽松无责的告密政策，彻底点燃天下告密之风，四方告密者蜂起、络绎不绝，朝野人人自危、无人敢私议朝政。
在告密风潮中，索元礼、周兴、来俊臣、侯思止等一批性情残忍、阴狠毒辣的投机之徒，凭借告密上位，被武则天破格授予刑狱大权、执掌诏狱，由此开启了武周著名的酷吏政治。
这批酷吏为迎合圣意、博取功名，大肆罗织罪名、构陷朝臣宗室，创制无数残酷酷刑。但凡被投入诏狱之人，极少能全身而退、平安出狱，受刑致死、屈杀冤死者数不胜数。一时之间，朝堂氛围极度恐怖、肃杀压抑，朝士人人自危，相见莫敢交言。文武大臣每日清晨上朝之前，皆需与家人含泪诀别，不知此番入朝能否平安归家，朝野恐怖氛围达到顶峰。
武则天临朝称制、独掌皇权、图谋改唐建周的野心日益彰显，大肆打压李唐势力、削弱宗室权力，引发李唐诸王集体恐慌。各地宗室藩王深知武则天意在翦除李氏宗亲、篡夺李唐社稷，暗中串联、密谋起兵、意图匡复李唐、推翻武氏统治。
诸王尚未达成统一起兵共识、尚未统筹部署完毕，垂拱四年（688年）八月，博州刺史、琅邪王李冲率先按捺不住，于博州（今山东聊城东北）举兵起义，正式讨伐武则天。同月，豫州刺史、越王李贞于豫州（今河南汝南）起兵响应，母子呼应、举兵反武。
武则天早有防备、调度神速，即刻分遣丘神勣、魏崇裕率军分路讨伐。李冲起兵仓促、兵力薄弱、军心涣散，起兵仅七日便兵败溃散、败亡身死。九月，主力尽失、孤立无援的李贞节节败退，最终兵败绝望自杀，宗室起兵叛乱彻底覆灭。
平定宗室叛乱后，武则天决意斩草除根、尽除李氏诸王，彻底根除宗室复辟隐患。她授意酷吏周兴等人深挖余党、罗织罪名、大肆审讯牵连，层层株连、步步清算，逼迫韩王李元嘉、鲁王李灵夔、黄国公李撰、东莞郡公李融、常乐公主等李唐核心宗室权贵悉数自尽，同时大肆诛杀其幕僚亲信、门生故吏，几乎将李唐宗室高层屠戮殆尽，彻底扫清了改朝换代的宗室阻碍。
在武力肃清宗室、高压震慑朝野的同时，武则天同步开展舆论造势、神化自身的政治布局。垂拱四年（688年），其侄子武承嗣为迎合武则天称帝野心，暗中命人雕琢一块白石，人工刻写八字谶语：“圣母临人，永昌帝业”，谎称此石自洛水之中天然浮出、是天降祥瑞、天启吉兆，专程献给武则天。
武则天得“洛水宝图”后大喜过望，将此石定名**“宝图”，大肆宣扬天降祥瑞、天命归己，以此佐证自己登基称帝、统治天下是天命所归、顺应天意。同年五月，武则天借此祥瑞加尊号“圣母神皇”，突破太后身份桎梏，具备了帝王尊号与神圣正统性。
十二月，武则天举行空前盛大的拜洛受图大典，亲自前往洛水祭拜、承接天命宝图。大典规制极尽奢华、威仪无双，唐睿宗、皇太子率宗室宗亲随行陪祭，文武百官、四方蛮夷酋长、各国使节依照品级方位列队肃立，坛前陈列天下珍禽奇兽、奇珍异宝，礼乐齐鸣、声势震天。史书记载，此次大典文物卤簿之盛，自有唐以来，未有如此之盛，成为初唐规模最宏大的礼制盛典，彻底向天下昭示武则天的天命正统。
同年年底，武则天耗时数年主持修建的洛阳皇家礼制大殿明堂正式落成，定名万象神宫。明堂规模宏大、气势磅礴、形制空前，是古代最高等级的礼制建筑。武则天开明大度，下令开放明堂、任由天下百姓入内参观，让万民亲睹盛世威仪、感受新朝气象。吐蕃、西域诸国听闻明堂落成盛典，纷纷派遣使臣入朝恭贺，万国来朝、声势鼎盛。
随后，武则天又令宠臣薛怀义主持开凿巨型佛像工程，佛像体量硕大、巍峨宏伟，仅一根小指便可容纳数十人站立，气势恢弘、冠绝古今。为收纳供奉这座巨型佛像，武则天下令在明堂北侧修筑一座五层高的天堂，专供巨佛安置供奉，进一步彰显佛法兴盛、烘托自身神圣地位，为后续以佛立说、登基称帝完成最后铺垫。
载初元年（690年）七月，为彻底完善称帝舆论体系、为改唐建周提供宗教正统依据，东魏国寺僧人法明领衔一众高僧，编撰注解《大云经》，刻意阐释经文义理、炮制天命舆论，直言武则天是弥勒佛化身下凡、应运出世，当为天下万国之主，女主称帝、君临天下是佛法天意、宿命所归。
武则天下令将《大云经》全文颁行天下、举国传阅，同时下诏在长安、洛阳两京及天下各州，统一修建大云寺，专门典藏供奉《大云经》，命常驻僧人定时开坛讲经、普及弥勒下凡、女主称帝的天命言论。与此同时，武则天正式调整国家宗教次序，抬高佛教地位、位居道教之上，彻底固化自身神化形象，为正式建立武周王朝、登基称帝完成所有舆论与制度铺垫。