武则天安插在上官仪身边的暗探见事不好，急忙跑去告诉武则天。武则天当即跑到高宗那里，“动之以情，晓之以理”，居然说服了高宗，使高宗觉得武则天的行为情有可原。高宗心一软，就说自己本无此意，是宰相上官仪先提出来的。于是，武则天就使人诬告上官仪与过去的太子李忠一起谋反，上官仪、上官庭芝父子被处死，上官仪的妻子及女儿上官婉儿没入宫廷为奴。李忠被赐死于黔州。
从此以后，高宗更加依靠武则天，每当上朝，武则天总是垂帘听政，黜陟、生杀之权皆归中宫，天子唐高宗只做了武则天的应声虫而已。
武后对反对自己的人绝不手软。周王李哲的王妃赵氏说起来还是武后的亲儿媳，母亲长乐公主是高宗的姑母。由于她常和母亲安慰高宗，难免说出不满武后的话来，被武后下令废妃，活活饿死。
674年8月，“皇帝称天皇，皇后称天后”。至此，长达十几年的皇后——太子权位之争以武则天的完全胜利而告终结。这场胜利，决不仅仅是武则天一人的胜利，也代表了一定的历史性的转折，因为代表寒门庶族地主的政治力量终于登上了历史舞台。在这场斗争中，王皇后——长孙无忌一边是一百多年形成并延续的门阀士族地主力量的代表，是部曲佃客制经济的代表；而在武则天——李勣的这一边，是新进的寒门庶族地主力量的代表，是契约佃农制经济的代表。武则天的胜利，在一定意义上说是庶族地主的胜利，这次胜利标志着魏晋以来四百多年由门阀士族掌握国家政权的历史结束了，而新兴的地主阶级逐步掌握了实权。这对解放思想、活跃生产力、促进中国历史的发展是有积极意义的。
武则天充分显示了她政治家的气魄，在称“天后”后的四个月，她即向高宗提出了十二条政治建议，史称“建言十二事”。这十二项内容，是武则天经过对唐代社会长期的观察和仔细的研究而有针对性地提出的，其中包括：一，发展农业，减轻赋税和徭役；二、京城附近的百姓，免除租税和徭役；三、停止对外用兵，以道德教化天下；四、普天下无分南北，不论宫内宫外，一律禁止浮华谣巧；五、避免大兴土木，节省开支和劳动力；六、广开言路；七、杜绝谗言；八、王公以下都要学习老子的《道德经》；九、父在母亡，为母守孝三年；十、上元前，有功劳发给委状的，无需再进行考核；十一、京官八品以上增加俸禄；十二、文武百官任已久，才能高而职位低的，可以超级晋升。
“建言十二事”大体上可归纳为三点：一是务本戒奢；二是杜绝谗言；三是维护新官僚集团的利益。这在当时得到高宗李治的褒奖和文武大臣的广泛支持。
在“建言十二事”提出后三个月，武则天又请求李治召集文学之士来宫修史。高宗李治对修史之事不置可否，完全由武则天处置。武则天广罗当时的文学之才如元万顷、范履冰、刘禕之、苗神容、周思茂、胡楚宾等北门学士，裁决政论，控制宰相权力，和十二条陈一样起到了逐步控制政权的目的。
为了从观念上彻底打击旧的门阀士族，也多少有泄愤的目的，武则天另修《姓氏录》，以取代太宗时期修的《氏族志》。《氏族志》不载武氏宗族，武则天受尽了恶气，这次，她重修的《姓氏录》，把皇后的家族列为第一，按当时官品的高下分为九等，凡五品以上的官员皆可入录，升入士流。这样，大批出身于寒门的庶族地主知识分子蜂拥而来，确实给当时的政治、经济和文化带来了一股生气，这对促进当时社会的发展，确有好处。而那些关陇门阀士族的余孽们，完全丧失了凭祖先留下的族望而升官的政治优势。他们当然极为不满，讽刺《姓氏录》是赏军功的“勋格”，根本不是贵族志。但武则天不管这一套，她用行政的方式强行收回《氏族志》，推行《姓氏录》，在当时造成了很大的影响。
高宗疾病缠身，随着年龄的增长，病势越来越重，他曾经想把皇位传给太子李弘。太子李弘“仁孝谦谨，上甚爱之”，又加上“礼接士大夫，中外属心”，颇有政治才能，因此，高宗对他甚为看重。但武则天却不喜欢他，有一次，李弘发现宫中幽闭着萧淑妃生的两位年逾三十的姐姐义阳公主和宣城公主，她俩自母亲死后被幽禁在宫中已长达19年了。于是他就亲自向母亲以强烈的口吻上奏，要求立刻释放两位同父异母姐姐。武后不愿和李弘为此争执，竟破例依允。两位公主得配良人，不能不感谢太子李弘。
还有几次也违忤了武则天的心意，使之失宠于母亲。其实，这是次要的，关键是李弘势必要与武则天争权。于是武则天用毒酒药死了亲生儿子李弘。675年4月13日，李弘与父皇母后共进午餐时，身体不适。饭后不久，便强烈地抽搐，暴死于合璧宫倚云殿。李弘死时七窍流血，很像他的肺疾发作。
李弘死后第二天，高宗提出要退位，因宰相们强烈反对乃罢，武则天则废朝三日。
李弘死后，立武则天的次子李贤为太子。经李弘之死的打击，高宗病势更加沉重，头晕目眩不能视事，就想让位于太子，但武则天坚决反对，高宗只得打算让位于皇后。过了几年，高宗还是想让李贤监国，而李贤并不愿听武则天的话，于是，武则天就又以李贤“颇好声色”为由，把他废为庶人，押至京师幽禁起来。继而立三子李显为太子。
683年唐高宗病死，太子李显即位，是为唐中宗。高宗临终遗诏说：“军国大事有不决者，兼取天后进止。”武则天以皇太后的身份临朝称制。一次，中宗想让岳父韦玄贞为宰相，并授给乳母的儿子一个五品官，宰相裴炎觉得不妥，跟中宗争执起来，中宗年轻气盛，发怒说：“我就是把天下交给韦玄贞，又怕什么？”裴炎感到很害怕，就跑去告诉了武则天，为了防患于未然，武则天下诏“废中宗为庐陵王，扶下殿”，改由其四子豫王李旦为睿宗，但睿宗住在另一个地方，不得参预政事。同时，武则天又派人逼死了废太子李贤。
武则天清除了一切阻碍势力，准备好了登基称帝的工作，李唐宗室知道武则天称帝必然要除尽李氏宗族，所以十分害怕，人人自危，不断有人起义。
在武则天临朝称制后的第七个月，扬州发生了徐敬业叛乱，朝中宰相裴炎也与之相勾结，可谓内忧外困。但武则天临危不乱，她先不失时机地斩除了裴炎、程务挺等人，以除肘腋之患，又急调三十万大军，在不到五十天的时间里平定了徐敬业之乱。
平息了叛乱，又清除了潜在的威胁，武则天在洛阳宫乾元殿召集了一次群臣聚会。会上没有轻歌曼舞，没有美酒佳肴，只有令人窒息的气氛。武后端坐御椅上，用逼人的目光扫视着群臣说：“朕亲政以来，自以为无负众卿，无负于天下，众卿知否？”群臣齐声应诺：“陛下功高德厚，天下尽知。”武后接着说：“朕奉事先帝二十余载，一直是至忠至勤，忧心天下。各位公卿的富贵，都是我给你们的；天下安定，百姓康乐，也是我促成的。等到先帝去世，把天下托付于我，我不爱惜自己而爱惜百姓。对臣下更是爱之如子，恩宠有加，可是现在叛乱的人，都是出自将相，你们为什么这样忘恩负义呢？在你们这些元老重臣之中，倔强难道有超过裴炎的吗？纠结亡命之徒率众征战有超过徐敬业的吗？在握兵的宿将之中，攻占必胜有超过程务挺的吗？这三个人，都是很有声望的。但他们不利于朕，与朕为敌，朕都能杀掉他们。你们有比这三人更厉害的，有异图者请早点动手，不然的话，就该洗心革面，老老实实，免得身败名裂，怡笑天下！”被激怒的武则天言词犀利，情绪激昂，吓得满朝文武匍伏在地，心惊肉跳地说：“陛下天威，臣愿效犬马之劳。”
688年，武则天的侄子武承嗣看到武则天登基称帝的时机已经成熟，就暗地里派人在一块白石上凿上“圣母临人，永圣帝业”的字样，并使雍州人唐同泰奉表献之，谎称获之于洛水。武则天闻讯大喜，当即下诏把这块石头称之为“宝石图”，并于当年五月选择吉日，亲临洛水拜受宝石。武则天把献图有功的唐同泰提拔为游击将军，让他参预办理此事。到了选定的日期，武则天“告谢昊天，礼毕御明堂，朝群臣”，不久即正式加尊号曰“圣母神皇”，从这个时候起，武则天开始称“陛下”。
李唐宗室众人十分清楚，武则天已是实际上的皇帝了，至于名义上的登基改号，只是一个时间问题，李唐宗室所面临的，却是一场灭顶之灾。出于自我保全之计，他们纷纷起兵。首先，李唐宗室以“迎还中宗”、“救拔睿宗”为旗号号召众人，但因范阳王李霭出首，密谋败露，仓促之间，韩王李元嘉首先起兵，继而琅琊王李冲在博州起兵，越王李员在豫州起兵，霍王李元轨在青州起兵，鲁王李灵夔在邢州起兵。但这时国家较为安定，人民不愿为一家一姓的名利再去生什么内乱，于是，李氏诸王的军队皆无斗志，武则天的兵马一到，不是坠城投降，就是纷纷逃走，根本不堪一击，在很短的时间内，李氏诸王的这次叛乱就被武则天轻而易举地镇压下去了。
李氏诸王的这次失败也说明，关陇贵族门阀在社会上也逐渐丧失了人心。因为一百多年以来，这些门阀士族在大众中很有影响，很有号召力，李渊起兵后人心迅速归附，就是最好的例证。在唐朝社会安定发展了几十年以后，庶族地主的力量兴起，逐渐取代了门阀士族的影响，人们开始不愿为一家一姓效力，开始考虑社会的公平与正义，这不能不说是一种历史的进步。而李氏贵族集团历代以武力为胜，如今其子孙也失去了祖先的雄威，看来，门阀士族的衰落已是无法挽回的了。
在镇压了这次叛乱以后，武则天果真决心清除敌对势力了。她采取了三条措施：一是鼓励告密；二是严刑逼供；三是任用酷吏。武则天在朝堂之上设立了一个铜制的告密箱，专门用来接受告密的文书，并下令，无论什么人，都可以到京城面见皇帝，告发机密；凡是告密之事，任何人不得盘查、阻拦；外地来京告密者，不论职位高低，哪怕是农夫樵子，也一律按五品官员的标准供应食宿，到京后可住官家客馆。更妙的一条是，如果告密有功，那就破格封官；如果告密失实，也绝不加以追究。于是各地告密者蜂拥而至，告密者日益增多，积案如山。
武则天还从告密者中把周兴、来俊臣、索元礼等酷吏提拔上来，专门负责告密案件的处理，进行“肃反”，他们秘密观察李氏宗族中王公大臣的行迹，一有可乘之机，他们立即加以逮捕，酷刑逼供，诬其谋反。这些人多出身无赖，狡诈残忍、惯于陷害无辜，是一帮杀人不眨眼的刻子手，使用异常残酷的手段，帮助武则天镇压异己。周兴、来俊臣、索元礼等酷吏还编写《告密罗织经》，教授门徒，以便罗织害人，并创制出“方梁压髁”、“猕猴钻火”、“驴驹拔橛”、“凤凰亮翅”等酷刑和“求即死”、“死猪愁”、“定百脉”等刑具。这些酷吏每人都杀了数千人，其中尤以来俊臣为最，一破获“罪犯”就连及千余家。在这次运动中，大臣被杀者数百家，李唐宗室被杀达数百人，刺史以下官吏被杀者更是不计其数。武则天的这种十分过火的恐怖政策，造成了无数人的屈死。
就这样，武则天借助告密和酷吏一举荡平了李唐宗室势力，宗室子弟几乎被斩尽杀绝，道路已经扫平，人心已经归向。朝野上下“人人自危，相见莫敢交言，道路以目”，确实是无人敢造反了。
至此，武则天的第三步计划其实已完全实现，至于做皇帝的名号，只是一个手续问题。
登基改国号
690年，洛阳魏国寺有个法明和尚，利用武则天要称皇帝的心理。作了《大云经疏》献上。“经疏”中牵强附会地说武则天是弥勒佛投胎转世，佛让她代替李唐作皇帝，一统天下，当今大臣百姓都应向神皇尽忠，方可子孙昌炽；如有背叛，天理难容。武则天立即命令将经颁布天下，并令各州都建立大云寺，收藏《大云经》，由僧人向百姓宣讲。
同年，侍御史傅游艺带领关中的百姓九百多人站在皇宫外请求改国号“周”，赐皇帝姓武。武则天假装不同意，却又提升傅游艺为给事中。此后，文武百官及李唐宗室、远近百姓、四夷酋长、沙门、道士等各界人士六万余人组成一支极其庞大的请愿队伍，要求皇帝改李姓为武姓，改唐为周。
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