武则天临朝称制，自专朝政。九月，武则天改元光宅即“建都”之意，改东都为神都，表示以洛阳为首都；同时，改易旗帜、官服、职省等颜色、名称，赐宫城名为太初宫“太初”表示新的起点，标志着武则天时代的开始同月，徐敬业、徐敬猷兄弟联合唐之奇、杜求仁等以扶支持庐陵王为号召，在扬州举兵反武，十多天内就聚合了十万部众。武则天当即以左玉钤大将军李孝逸为扬州道大总管，率兵三十万前往征讨。十一月，徐敬业兵败自杀。
垂拱二年686年三月，武则天下令制造铜匦铜制的小箱子，置于洛阳宫城紫微城之前，随时接纳臣下表疏。同时，又大开告密之门，规定任何人均可告密。凡属告密之人，国家都要供给驿站车马和饮食。即使是农夫樵人，武则天都亲自接见。所告之事，如果符合旨意，就可破格升官。
如所告并非事实，亦不会问罪。同时，武则天又先后任用索元礼、周兴、来俊臣、侯思止等一大批酷吏，掌管制狱，如果被告者一旦被投入此狱，酷吏们则使用各种酷刑审讯，能活着出狱的百无一二。
这样，随着告密之风的日益兴起，被酷吏严刑拷打致死的人日渐增多。于是在朝廷内外便形成了十分恐怖的政治气氛，以致大臣们每次上朝之前，都要和家人诀别，整天都惶惶不可终日。
为奖励告密，武则天对告密者破例授官。是年，武则天下诏杀南安王李颖等宗室十二人，又鞭杀故太子李贤的两个儿子，唐朝的宗室被杀戮殆尽，其中幼弱幸存的人也被流放至岭南。
武则天下令建造的明堂与天堂
武则天谋夺李唐的社稷，翦除唐朝宗室，引起了诸王的不安，他们想要起兵对抗。还未有共识的时候，博州刺史、琅邪王李冲，在垂拱四年688年八月于博州今山东聊城东北举兵；豫州刺史、越王李贞起兵豫州今河南汝南，以呼应李冲。
武则天分遣丘神、魏崇裕讨伐。李冲起兵七日即败死。九月，李贞兵败自杀。武则天想尽除李氏诸王，使周兴等展开审讯，逼迫韩王李元嘉、鲁王李灵夔、黄国公李撰、东莞郡公李融、常乐公主等自杀，他们的亲信也被杀死。
同年，武则天命面首薛怀义率人建造的明堂落成。明堂既成，又命薛怀义铸大像，大像的小指也可以容纳数十人，于明堂北起五层高的天堂来收纳大像。建宫的花费达到以万亿计，政府财政为之枯竭。
武则天的侄子武承嗣命人凿白石为文曰：“圣母临人，永昌帝业。”号称在洛水中发现，献给武则天，武则天大喜，命其石曰“宝图”。之后武则天加尊号为“圣母神皇”。
女皇岁月
载初元年690年九月，侍御史傅游艺率关中百姓九百余人来到神都，上表请武则天改国号为周，赐皇帝姓武，武则天未准许。百官及帝室宗戚、远近百姓、四夷酋长、沙门道士共计六万余人，俱上表请愿，睿宗亦上表自请赐姓武氏。不久后，武则天方准所请，于九月九日亲临则天门，大赦天下，改唐为周，改元天授。乙酉日，上尊号曰圣神皇帝，“以皇帝睿宗为皇嗣，赐姓武氏”。丙戌，又在神都立武氏七庙。
天授二年691年七月，法明等撰《大云经四卷，说武则天是弥勒佛化身下凡，应作为天下主人，武则天下令颁行天下。命两京诸州各置大云寺一所，藏《大云经，命僧人讲解，并将佛教的地位提高在道教之上。
长寿元年692年九月，武则天派王孝杰与阿史那忠率军出征西北。十月，王孝杰大破吐善，收复龟兹、疏勒、于阗、碎叶安西四镇，设安西都护府于龟兹。在群臣一致反对的情况下，武则天毅然对安西四镇增兵三万。这一措施使安西四镇从此安定，直到唐玄宗时再无反复。长寿二年693年正月，武则天听信谗言，杀皇嗣李旦的妃子刘氏、德妃窦氏，李旦几遭诬陷，险些受祸。同月又降封李旦之子皇孙李成器、恒王李成义等为郡王。九月，武则天加号“金轮圣神皇帝”，制作金轮、白象等“七宝”。旋即又为其曾祖父、祖父及父亲加谥。
长寿三年694年，武三思率四夷首领请以铜铁铸天枢，立于端门外，以歌颂武则天的功德。武则天亲题：“大周万国颂德天枢”。天枢铸造历时八月而成，高一丈，用铜铁二百万斤。
证圣元年695年正月一日，武则天加号“慈氏越古金轮圣神皇帝”。正月十六日夜，武则天的面首薛怀义因失宠而纵火密烧天堂，延及明堂，至清晨，二堂俱毁。她下诏重建明堂，将天堂原址改作佛光寺。同月，武则天派王孝杰出征突厥。十月，突厥默啜可汗遣使请求投降，武则天大喜。于是，同年腊月，武则天从神都出发，登嵩山，封神岳，大赦天下，改元万岁登封。
万岁登封元年696年三月，武则天重新建造的明堂落成，号曰“通天宫”，改元万岁通天。五月，营州契丹中的松漠都督李尽忠、归诚州刺史孙万荣举兵造反，攻陷营州，杀都督赵文。武则天派将军曹仁节、张玄遇、李多祚等率兵征讨。曹仁节等人由于误中契丹伏兵，全军覆没。接着，武氏再派武攸宜、王孝杰等率兵讨伐，均大败而归。
万岁通天二年697年，四月，武则天铸成九鼎，从玄武门曳入紫微城，令宰相、诸王率南北衙宿卫兵十余万人，连同宫中仪卫大牛、白象共同拖曳；武则天又作《曳鼎歌，以令其相互唱和。最终将九州鼎依照各自方位列于明堂廷内。同月，武则天又派武懿宗、娄师德、沙咤忠义率兵二十万，讨伐孙万荣等部。六月，孙万荣兵败被杀，余党降于突厥。