法門寺壁畫的唐高宗李治
永徽四年（653年），高宗借房遺愛等謀反一案，將諸宗室、勳貴中的反對勢力一網打盡，鞏固了自身的皇位。永徽六年（655年），他力排眾議，在李勣、許敬宗等支持下，廢士族出身的皇後王氏，立昭儀武氏（即武則天）為後，並借機打擊顧命之臣長孫無忌、褚遂良。這場鬥爭具有打破士族集團在政權中的優勢、削弱其勢力的意義。[187]
大行文治
高宗在即位之初，召見各地的朝集使，對他們說：“朕剛剛即位，有對百姓不便利的事情你們都應奏陳，未說透徹的再次上書啟奏。”從此每天帶十名刺史進入閣中，詢問民間百姓疾苦，及其從政措施。他又下詔，不許京官及外州進獻鷹隼及犬馬。高宗君臣照貞觀時法令執行，故永徽年間，邊陲安定，百姓阜安，有貞觀之遺風，史稱“永徽之治”。[212]
麟德二年（665年）十月，高宗從東都出發，前往泰山封禪。封禪車乘連綿數百裏，隨行的還有突厥、於闐、波斯、天竺、倭、新羅、百濟、高麗（即高句麗）等國的使節和酋長。此舉顯示了當時唐朝的富強[120] 。在太宗、高宗統治時期，唐朝的人口也從隋末唐初的動亂中得以恢複，到高宗永徽三年（652年）增加到380萬戶[57] 。[233]
四麵擴張
主詞條：唐滅西突厥之戰、白江口之戰、唐滅百濟之戰、唐滅高句麗之戰
在文治天下的同時，高宗一朝繼續擴張征戰，史稱“唐朝對外的威力，以高宗時為極盛”。[104]
永徽元年（650年），唐將高侃擊擒突厥車鼻可汗，高宗分置單於、瀚海二都護府。高宗襲位後，還持續對西突厥用兵。顯慶二年（657年），唐將蘇定方等大破西突厥，遠襲石國（今烏茲別克斯坦首都塔什幹一帶），生擒西突厥沙缽羅可汗，西突厥亡。高宗在西突厥故地分置昆陵、蒙池二都護府。次年，徙安西都護府於龜茲（今新疆庫車）。[213]
唐高宗時疆域
永徽六年（655年），高麗與百濟聯軍攻新羅，新羅遣使乞援於唐，高宗先後派兵出擊高麗和百濟。龍朔三年（663年），唐將劉仁軌於白江口（今韓國錦江入海口）大敗百濟、倭國聯軍[214] ，同年百濟滅亡。總章元年（668年），唐將李勣等率軍攻占平壤，滅亡高麗。高宗以其地設安東都護府，分置四十二州[215] 。
高宗在位期間，唐朝的疆域最廣，東起朝鮮半島，西臨鹹海（一說裏海），北包貝加爾湖，南至越南橫山。這一版圖基本維持了三十餘年。[158]
武周代唐
主詞條：武周
李治在位時，武皇後（名武曌，一般稱武則天）逐漸參預朝政。武則天原為李世民的才人，李世民死後出家為尼，後被高宗召入宮中，在權力鬥爭中獲勝，被立為皇後，史稱她“素多智計，兼涉文史”。顯慶五年（660年），李治因身體原因讓武則天協助處理朝政，她因此得以與李治並稱為“二聖”。[187]
弘道元年（683年），高宗駕崩於紫微宮貞觀殿，太子李顯即位，是為唐中宗。武則天以皇太後名義臨朝稱製。光宅元年（684年），武則天因中宗與之不合，將他廢為廬陵王，另立四子李旦為帝，是為唐睿宗。[187]
這之後的幾年間，先後有揚州徐敬業、宗室越王李貞、琅邪王李衝等起兵，都被武則天派兵平定。宗室叛亂直接導致了武則天對唐宗室大臣的清洗，也為她稱帝鋪平了道路。載初元年（690年），武則天製造祥瑞，迫使睿宗禪位，自稱大周“聖神皇帝”，改國號為周（史稱“武周”），定都洛陽，成為中國曆史上唯一的女皇帝。[21] [22] [23]
《武後行從圖》中的武則天
武則天當皇後時，就提出十二條施政意見，包括勸農桑、薄賦徭；減省功費力役；息兵；提升才高位卑的官吏；廣開言路等。在她統治期間，下令限製王公以下蓄養奴婢的數目，改革徭役和戶籍製度，允許逃亡農民在一定條件下編附戶籍。這些措施促進了經濟發展，國家控製的人口從貞觀末永徽初的380萬戶增加到650萬戶。[187]
武則天具有駕馭臣下的能力。她為培植自己的勢力，鼓勵士人自薦，又開殿試和武舉，設“試官”，大量破格選用和升遷官吏，時稱“北門學士”。雖有錄用過多、升遷過快的弊病，但一旦發現不稱職者就立即貶黜。她慧眼識人，明察善斷，賞罰分明，培養了一批有才幹的官員[24] 。像唐休璟、狄仁傑、張柬之、張仁願，以及開元名臣姚崇、宋璟等，都是武則天發現並提拔起來的。非士族階層的廣泛參政，擴大了統治階級的政治基礎，抑製了士族勢力，對政權的鞏固和發展起到了一定的作用。[187]
武則天統治期間，在軍事上重設安西四鎮，抵抗後突厥侵擾，並在東北契丹的“營州之亂”爆發後設法將其平定。這些舉措對統一的多民族國家的鞏固和發展有一定貢獻。[187]
武則天稱帝期間，社會文化藝術亦有所進步，當時佛教大興，該時期佛寺興建頻繁，擴建的龍門石窟為其代表。後人稱其統治“上承貞觀，下啟開元”或“政啟開元，治宏貞觀