武则天谋夺李唐社稷，翦除唐朝宗室，引起诸王不安，欲起兵对抗。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。武则天分遣丘神勣、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、东莞郡公李融及常乐公主等自杀，他们的亲信也被杀死。

武则天的侄子武承嗣命人凿白石为文说：“圣母临人，永昌帝业。”号称该石是在洛水中发现的，献给武则天。武则天大喜，为石取名为“宝图”。垂拱四年（688年）五月，武则天加尊号为“圣母神皇”。十二月，武则天亲自拜洛受图，史称此时“皇帝、皇太子皆从，文武百官、蛮夷酋长，各依方位而立。珍禽奇兽，并列于坛前”。这次仪式的“文物卤簿”，是“自有唐已来，未有如此之盛者也”。

同年底，武则天命人于洛阳建造的明堂落成，号“万象神宫”，放任百姓入内参观，吐蕃等国听闻明堂建成，纷纷遣使来贺。又命面首薛怀义铸巨大雕像，其小指尤容数十人，在明堂北起五层高的天堂来收纳雕像。

载初元年（690年）七月，东魏国寺僧人法明等撰《大云经》，称武则天是弥勒佛化身下凡，应作为天下主人。武则天下令将《大云经》颁行天下，命两京诸州各置大云寺一所，收藏此经，令僧人讲解，并将佛教的地位提高在道教之上。

载初元年（690年）九月间，发生了一系列官民、宗戚、四夷首领、沙门、道士向武则天请求改国号为周，赐皇帝姓武的要求，李旦亦自请赐姓武氏。不久，群臣奏称“凤集上阳宫，赤雀见朝堂”，武则天方准所请，于九月九日（10月16日）登上则天门楼，大赦天下，改唐为周，改元天授。这标志着武周王朝的建立。历史上把这改唐为周的事件称为“武周革命”。十一日，群臣为武则天上尊号为“圣神皇帝”。她以洛阳为神都，长安为西京副都，除唐宗室属籍，“以皇帝（李旦）为皇嗣，赐姓武氏”；又改置社稷，改旗帜尚赤。十二日，在神都立武氏七庙。而长安的唐太庙和神都的唐高祖、太宗、高宗三庙改为享德庙。

如意元年（692年）正月，武则天引见存抚使所举之人，不论贤愚，全部提拔，授予各种官职进行试用，试官制度由此开始。二月，吐蕃党项部落万余人归附武周，武则天将其分置十州。五月，吐蕃首领曷苏亦率其部落请求归附，武则天派张玄遇率领精兵二万迎接。不料曷苏事情泄漏，被国人擒回。此时恰逢羌族首领昝捶率领八千余人归附，张玄遇以其部落置莱川州。

长寿元年（692年）九月，武则天采纳西州都督唐休璟“请复取四镇”的建议，派大将王孝杰等率军出征西北。十月，王孝杰大破吐蕃，收复龟兹、疏勒、于阗、碎叶等安西四镇，设安西都护府于龟兹。在群臣一致反对的情况下，武则天决定对四镇增兵三万。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，武则天在万象神宫亲自主持祭典，自制宫廷乐舞《神宫大乐》，选用舞者九百人。九月，武则天加号“金轮圣神皇帝”，旋即又为其父祖加谥。同年西突厥拥立阿史那俀子为可汗，联合吐蕃入侵武周；后突厥默啜可汗率众入侵，室韦亦反。”

长寿三年（694年）正月，将军李多祚击破室韦叛乱。二月，王孝杰破吐蕃勃论赞刃、突厥可汗俀子等各三万余人；碎叶镇守使韩思忠大破泥熟俟斤、突厥施质汗、胡禄等，继而攻占吐蕃泥熟没斯城；郭虔瓘在焉耆攻破西突厥二万帐。八月，四夷酋长在波斯国大酋长阿罗憾的号召下请求用铜铁铸造天枢，立于端门外，铭纪武则天功德，黜唐颂周，武则天同意。

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”。十六日，薛怀义因失宠而密烧天堂，延及明堂，致使二堂俱毁，她遂下诏重建明堂。二月，去“慈氏越古”之号。四月，天枢建成，柱身碑刻百官及四夷酋长名，武则天亲题“大周万国颂德天枢”。