武则天临朝称制，引起了部分朝臣和皇室成员的反对。光宅元年（684，九月改元光宅），李之孙英公李敬业，以拥戴庐陵王李显为名，在扬州聚众十余万发动叛乱，要挟武则天让位。诗人骆宾王还写下了传诵一时的《代李敬业讨武氏檄》，声讨武则天。裴炎在朝内也坚决要求武则天还政。武则天采取果断措施，将裴炎下狱处死，又派宗室李孝逸为扬州道大总管，率领30万大军，迅即讨平了叛乱。李敬业等人被杀，骆宾王不知所踪。
垂拱二年（686）正月，为了试探百官，也为了做给众人看，武则天下诏还政于睿宗李旦。李旦不敢受，坚决推辞，于是武则天仍然临朝称制。垂拱四年（688），武则天在洛阳另建高祖、太宗、高宗三庙，随之又立祭祀武氏祖先的崇先庙。她本来打算以皇家规格建造崇先庙，由于遭到大臣的反对才罢行。同年二月，武则天在洛阳建明堂（帝王宣明政教之所）。五月，窥知武则天心意的武承嗣让人在石片上雕刻“圣母临人、永昌帝业”等字样，指使同党献给武则天，称是从洛水中获得的。武则天大喜过望，在城郊举行祭天仪式，随后在明堂接受大臣的朝贺，并加尊号“圣母神皇”。
从武则天的种种举措中，李唐宗室闻到了令人不安的气息。垂拱四年（688）七月，李唐宗室诸王听说武则天图谋铲除他们，为了自保，于是密谋起兵，约定同时发动变乱。不料计划泄露，越王李贞在豫州（治所在今河南汝阳）、玡王李冲父子在博州（治所在今山东聊城）提前起兵，以“匡复”李唐为名，伪造皇帝玺书，秘密联络绛州（治所在今山西新绛）刺史韩王李元嘉等宗室，企图攻占洛阳，迫使武则天还政。
武则天派出大军，迅速镇压了变乱，李贞、李冲父子被杀，受到牵连的唐宗室成员也几乎被诛杀殆尽。从此，朝中人人自危，再也没人敢挑战武则天的威严。武则天为称帝之路扫清了最后一道障碍。
基本清洗了李唐宗室及朝中大臣等反对派势力后，武则天于载初元年（690）九月，举行登极大典，正式改唐为周，自称圣神皇帝，改元天授，史称“武周”政权。同时，她降睿帝李旦为皇嗣，赐姓武；追尊武氏祖先为帝，立武氏太庙，封武承嗣为魏王、武元庆之子武三思为梁王，其他武氏亲族子弟也纷纷被封王。
武则天以“周”为国号，是因为其父武士去世之后，曾被追封为周国公。为了抬高自己的出身，她甚至往上追溯，尊周文王姬昌为始祖文皇帝。这与当年大唐初建，李渊、李世民父子追尊道教始祖李耳为先祖的做法如出一辙。
