李世民是伟大的，但册立太子一事有遗憾。太子李承乾遭人诬陷，被迫造反被废。为争夺太子位，几个皇子展开了激烈斗争。仁厚的李治成为太子。李治当皇帝后，宫内充满血雨腥风，武则天当上皇后，逐渐参与朝政，到后来还建周代唐，成为历史上第一个女皇帝。
武则天是荆州都督武士彟女儿，14岁进宫，当过李世民的才人。她才智过人，明察善断，擅长谋略和用人，顺利赢得李治宠信，当上皇后，还清除了关陇贵族集团对朝政的控制，帮助李治实现君主集权。从李世民时代的君臣共治到李治时代君权独揽，武则天起了不可替代的作用。
李治声望不如其父，没足够自信与大臣共商政事，迫切想集权独断。但武则天帮助他实现这一目标后，尤其是挫败上官仪废后图谋后，权势进一步扩大，“天下大权，悉归中宫”。多病的李治只好睁一只眼闭一只眼，因为武则天确实有治国才干。
公元674年，武则天将施政纲领写成12条，给李治看。李治悉数采纳。公元675年，李贤被册立为太子，五年后被废，李显继任太子。公元683年，李治病死，李显继位，武则天以皇太后身份临朝称制。武则天权力欲望迅速膨胀，于第二年废掉李显皇帝位，降为庐陵王，改立李旦继位。她继续临朝称制，独自专权。公元690年，在镇压反对者后，武则天废李旦皇帝位，建周代唐，自称皇帝。
武则天掌权，对历史发展产生巨大影响。魏晋以来，无论中原政权，还是江南政权，朝政都深受世族门阀影响。隋唐以来，世族门阀虽收敛了些，但依然是朝廷中最关键的力量。武则天执政后，打击世族门阀，将关陇集团利益的代表长孙无忌、褚遂良等人赶出朝廷，同时扶植庶族知识分子，或者通过制举策问考试各地推荐的人才，或者通过科举取士选拔人才。此外，她下令明确规定“皇朝得五品者皆升为士流”，打破原来以血统划分社会地位的传统，提升庶族官僚地位。
武则天特别注意吏治问题，严惩贪官污吏。对贪赃枉法的官吏，不论其职位高低，不论其出自世族还是庶族，一律严惩不贷，反之，对于贤良之才，也破格提拔，为己所用。在武则天眼里，没有世族门阀和寒门庶族之分，只有忠臣和叛逆之别。谁反对她，她打击谁。当时反对武则天的人，大多是世族门阀。为了镇压反对者，武则天还不惜起用酷吏。等到政权稳定后，她又及时杀掉酷吏以平民愤。
武则天重视农业生产，采取“轻徭薄赋，与民休息”政策。掌权后，她令人编写《兆人本业记》，发给各州县的守令，作为他们引导农业发展的参考书。农业发展后，手工业和商业也随之发展起来，人口也多起来，整个社会继续走向繁荣富强。
后世对武则天诟病比较多的是军事方面。武则天的军事成绩比不上李世民，但也取得巨大成就。吐蕃和唐朝争夺西域控制权，战火不断。西域四镇时而被吐蕃占领，时而被唐朝夺回，到公元692年，唐朝才绝对控制西域，结束反复争夺局面。为了巩固对西域统治，保障丝绸之路畅通，公元702年，武则天在庭州设北庭都护府。东突厥于公元679年反唐复国。武则天杀死抗击东突厥的大将程务挺，与东突厥时战时和，关系时好时坏，造成了很大隐患。公元686年，契丹起兵反周，武则天三次派兵讨伐，损兵折将，最终在奚族和东突厥帮助下才平定契丹叛乱。此后，契丹成为唐朝的边患。这些成为武则天人生的败笔。
对传统治理天下模式来说，武则天建周代唐是一个巨大冲击。虽然她才干突出，能治理好天下，摆平国内外反对者，但皇位传承问题让她始终无法解决。皇位传承一直是“传男不传女”，女皇帝武则天面临困境：将皇位传给武氏子弟，她死后无法进入宗庙；传给儿子，她建周代唐终将会变成复唐代周，而她也会成为“篡逆者”。
一时间，皇储成为武则天的心病，但又不能不面对。公元698年，武承嗣派人劝武则天早定太子。武则天对册立谁为太子犹豫不决，便问狄仁杰。狄仁杰说：“姑侄关系相比于母子关系，哪个更亲近呢？您立儿子为太子，那么，您将来老去了，会当作祖先被祭祀；立侄子为太子，那么，我从未听说侄子供奉去世姑姑的。”武则天权衡利弊后，最终还是重新立李显为太子。
没有了后顾之忧，武则天志得意满，耽于享乐。张易之、张宗昌兄弟恃宠弄权，引发朝野愤怒。公元705年，宰相张柬之等人趁武则天生病的机会发动政变，杀死了张易之兄弟，武则天被迫退位。在大臣们拥护下，再次登基的李显宣布恢复唐朝。当年，武则天病死。唐朝历史上女皇帝武则天建周代唐插曲完美谢幕。