公元654年，武則天的第二胎生下一位公主，很討人喜歡。王皇後也禁不住前去看望，逗弄一番，知道皇帝要來就先走了。武則天趁機殘忍地掐死親生女兒，然後輕輕蓋好被子。一會兒，皇帝來看女兒，武則天麵帶歡笑，帶皇帝來到床前，掀開被子，佯裝才發現自己女兒被害，失聲痛哭。皇帝見此情景，十分震驚，趕忙追查是怎麼回事。侍女告訴他，王皇後剛才來過。高宗大怒，武則天又趁機進讒言，使王皇後有口難辯。再加上王皇後久未生育，高宗就此準備廢掉王皇後，改立武則天為後。
在封建社會，皇後的廢與立屬於國家大事，必須由眾大臣們共同商議決定。武則天做皇後的阻力主要來自重臣國舅長孫無忌，還有宰相褚遂良等大臣也極力反對。朝廷中的大臣們分成了兩派，除了長孫無忌和褚遂良等人以外，李義府、許敬宗等人為了在高宗和武則天麵前爭功邀寵，就站到了長孫無忌的對立麵，支持武則天做皇後。高宗把長孫無忌等反對的人召到一起，商量皇後的廢立問題。武則天則在簾子後麵監聽。長孫無忌極力反對，為王皇後辯解，說她出身高貴，忠厚賢惠，沒有什麼大過失，不該廢皇後之位;而武則天卻是出身貧寒，還曾經侍奉過先帝太宗，再立為皇後違背了禮製。
褚遂良也堅決反對，而且還磕頭磕得流血，並提出要辭官回家。武則天見了，怒火頓生，大聲喊道:“怎麼不把這種臣僚亂棍打死!”其他人見狀，趕忙替褚遂良求情。褚遂良的性命雖然保住了，但被貶官到湖南長沙任都督。
最後，還是開國的功臣李世給高宗出了個主意，他說皇後的廢立是皇上的家務事，沒有必要和大臣們商量。同時，李義府和許敬宗等人也在朝廷大臣們中間大造輿論，支持武則天。終於，公元654年，高宗正式下詔書廢王皇後，將蕭淑妃貶為庶人，立武則天為皇後。後來武則天將王皇後、蕭淑妃二人各責打了一百杖，然後殘忍地砍去雙腳，泡在酒甕裏活活折磨死。其報複心和殘忍性可見一斑。
武則天做了皇後，先要清除對她威脅最大的長孫無忌。她指使許敬宗等人捏造罪名製造朋黨案，然後將長孫無忌牽連進去，把他流放外地。後來許敬宗又逼長孫無忌自盡。長孫無忌集團其他的人也受牽連，或被殺或被流放。
武則天的越來越專斷也引起了高宗的不滿，他和宰相上官儀商量廢掉武則天的皇後，上官儀答應起草詔書。武則天安插在皇帝身邊的耳目得知後趕忙報告。武則天趕到後，軟硬兼施，說得高宗改變了主意，還把責任全推到了上官儀的身上。於是，武則天讓許敬宗捏造上官儀和已經被廢的太子李忠圖謀反叛，將上官儀處死。
高宗軟弱平庸，武則天有才幹，且有手段，這也是她一步步登上女皇寶座的原因。武則天曾經上意見書十二條，也就是曆史上的“建言十二事”，這裏麵包括了發展農業、減輕賦稅、廣開言路等，基本上是一套較完整的治國方略。後來也被高宗頒布詔書推行。高宗後來之所以將處理政務的權力交給武則天，也是相信她有這方麵的能力。
武則天之所以能在朝廷施展才幹，和她重用庶族出身官員有很大的關係。到了武則天時期，科舉製度已基本定型，新的官員很多是出身寒微的，他們需要最高層的重用，而武則天就成了他們的總代言人。一大批文人學士成為武則天的鼎力助手。武則天則利用他們來打擊舊貴族的反對勢力，鞏固自己的權勢與地位。