正在張柬之緊張籌劃複辟李唐大計的時候，武曌的病情加重了，甚至在晚上恍惚看到黑白無常前來勾魂攝魄，感到命不久矣。
知名大德法藏急忙趕到岐州法門寺，開啓舍利塔，捧出佛骨舍利，于神龍元年正月十一日，送到洛陽明堂，希望佛骨舍利能夠釋放大慈光，發出無邊法力，治好武曌的病，爲她延年益壽！
佛骨舍利請來了，雲海石佛珠戴上了，大悲咒也念完了，然而武曌的病情還是沒有什麽好轉。武曌揮手讓大德們退下，自己乘辇回到迎仙宮集仙殿休息。
武曌的病情時好時壞，張柬之等不及了，決定按照計劃發動兵谏。
神龍元年正月二十二日，張柬之、崔玄暐、桓彥範和左威衛将軍薛思行等，率領左右羽林兵五百餘人到玄武門集合，派遣李多祚、右散騎常侍李湛和内直郎、驸馬都尉王同皎前往東宮迎接太子武顯。
武顯多疑，不肯出來。太子不出面行不行？
顯然不行，因爲這次行動的旗号就是奉太子令誅二張，如果太子不出面，則師出無名。如果強行闖入玄武門，包圍迎仙宮，就會背上亂臣賊子、以下犯上、以臣弑君的罪名！這個黑鍋，任何飽讀詩書的人都不願意背，也不敢背。
李湛站在門外大聲說：“二張反道亂常，即将圖謀不軌，宗社危敗，隻在須臾之間。諸将和南衙執事克期誅翦，伏願殿下暫至玄武門以副衆望！”
武顯回答：“二張悖亂，确實應當誅滅，但是聖躬欠佳，寡人擔心驚動聖人，公等且止，以待後圖！”
女婿王同皎着急了，喊道：“先帝将神器交付殿下，卻橫遭幽廢，人神同憤，到現在已經二十二年了！今天我們已經聯絡好北門和南衙禁軍，同心協力一起誅殺二張，恢複李唐社稷，臣恭請殿下暫至玄武門，以副衆望！”
李湛又說：“諸将棄家族共宰相同心努力匡扶社稷，殿下怎麽忍心陷他們于鼎镬？衆心不穩，請殿下速速出來親自遏止！”武顯隻好出來了。
王同皎扶抱武顯上馬，在衆将士的簇擁下來到玄武門。衆将士齊呼殿下，鼓舞雀躍，砍斷玄武門門闩而入。
張柬之帶兵進入迎仙宮，逮捕張易之和張昌宗，拉到玄武門城郭下斬首，然後進入集仙殿，環繞侍衛。
聽到衆人的腳步聲和号令聲，武曌突然驚起，問：“是誰在作亂？”
張柬之早有準備，從容應對：“張易之、張昌宗謀反，臣等奉太子令誅殺他們，恐有漏洩，所以事前不敢報告陛下。稱兵宮禁，罪當萬死！”
武曌看見太子武顯，說：“原來是你？小子既已誅殺，可還東宮？”
武顯沉默不語，桓彥範急忙進言：“太子怎麽能夠再回東宮？過去天皇以愛子托付陛下，今日太子年已五十了，居東宮過久，天意人心都思念李氏。群臣不忘太宗、天皇之德，所以共奉太子誅殺賊臣。伏願陛下傳位太子，以順天人之望啊！”
這番話說得綿密連貫，武曌竟一時無言反駁。
李湛是李義府第四子，六歲時任職周王府文學，現任職右散騎常侍、左羽林将軍。武曌見李湛也在，說：“你也幫助誅殺易之嗎？我待你父子不薄，不想會有今日！”李湛俯首不能對。
武曌又對崔玄暐說：“其他人都是因爲别人的引薦而得以進階，隻有卿是朕親自擢升，怎麽也在這兒呢？”
崔玄暐對道：“臣在這裏就是爲了報答陛下的大恩大德呀！”武曌這時疲勞已極，又倒下睡着了。
張柬之指揮羽林兵抓捕張昌期、張同休、張昌儀等人，抓到一個斬首一個，與張易之、張昌宗一起枭首于天津橋南。
這天，相王府司馬袁恕己跟從相王武旦率領南衙禁兵在神都戒嚴，逮捕鳳閣侍郎韋承慶、正谏大夫房融和司禮卿崔神慶等張氏黨羽下獄。
二十三日，武曌見張柬之、崔玄暐等人在集仙殿輪流值班守夜，不肯離去，無奈下制令太子武顯監國。
武顯任命袁恕己爲鳳閣侍郎、同平章事，分遣十位使臣攜帶玺印和文書到各州宣示慰問，又命地官侍郎樊忱前往長安報告廟陵。
二十四日，武曌傳位于太子武顯。
二十五日，太子武顯恢複李姓，即皇帝位于通天宮，大赦天下，唯張易之黨羽不在赦免範圍，被周興、來俊臣陷害的人，全部昭雪。内外文武官加兩階，三品已上加爵二等，大酺五日。
相王李旦加号安國相王，進拜太尉，太平公主加号鎮國太平公主，仍賜實封，通前滿五千戶。李氏皇親原先被發配籍沒的，子孫都令恢複屬籍，量叙官爵。又放出宮女三千人，除舊布新。
二十六日，武曌徙居上陽宮，李湛留宿侍衛。
二十七日，李顯率領文武百官前往上陽宮，敬上武曌尊号爲則天大聖皇帝。
二十九日，大賞功臣，以張柬之爲夏官尚書，崔玄暐爲内史，袁恕己同鳳閣鸾台三品，敬晖、桓彥範都爲納言，都賜爵郡公。
李多祚進封遼陽郡王，賜實封六百戶；王同皎爲右千牛将軍、琅邪郡公，李湛爲右羽林大将軍、趙國公；其餘官員封賞有差。又派使臣前往高要縣召魏元忠還朝，拜爲衛尉卿、同平章事。
二月一日，李顯率領文武百官到上陽宮問候武曌起居，此後每十日一往。
二月四日，恢複國号爲唐，社稷、宗廟、陵寝、郊祀、行軍旗幟、服色、天地、日月、寺宇、台閣、官名，全部依照永淳年以前故事。
神都依舊叫東都，北都叫并州大都督府，老君依舊叫玄元皇帝。諸州百姓免今年租稅，房州百姓免除賦稅徭役三年。
五日，張氏黨羽韋承慶貶高要尉，房融除名，流高州，崔神慶流欽州。以楊再思爲戶部尚書、同中書門下三品、西京留守；太仆卿姚元崇出爲亳州刺史。
九日，令貢舉人停止學習《臣軌》，依舊學習《老子》。
十四日，立太子妃韋香兒爲皇後，大赦天下，追贈皇後父親韋玄貞爲上洛王、母親崔紅珍爲王妃。
追複韓王李元嘉、霍王李元軌等人官爵，令備禮改葬。诏九品以上官員和朝集使極言朝政得失，兼舉賢良方正直言極谏之士。
左拾遺賈虛己上疏直言極谏，認爲李顯先封皇後家族爲王是不對的，韋皇後應該推辭不受，這才是天下美德。李顯不聽。
當初廬陵王與韋香兒有私誓在先：“他日有幸複見天日時，當惟卿所欲，不相禁禦。”所以韋香兒再爲皇後，順勢幹預朝政，李顯每次上朝，韋後必定施展帷幔坐于殿上，就象婆婆二聖臨朝時一樣。
群臣上殿站班時又看到二聖臨朝，恍然如昨日重現，不禁目瞪口呆。
納言桓彥範上表，說了一大通，請求李顯上以社稷爲重，下以蒼生在念，令皇後不要到正殿幹預外朝，專在中宮聿修陰教！但李顯置之不理。
誅殺二張時，洛州長史薛季昶說：“二兇雖除，但呂産、呂祿還在，斬草不除根，終當複生啊！請因兵勢誅殺武三思等人，匡正王室，以安天下！”
張柬之回答：“大事已定，彼猶砧闆上的肉，還能做成什麽？誅殺的人已多，不可複加。”敬晖也認爲不可殺。
薛季昶長歎道：“哎，我将來不知道死在哪裏了！”
朝邑尉劉幽求對桓彥範、敬晖說：“武三思還在，公輩終無葬地；如果不早點算計，恐怕會成心腹大患！”二人不從。
李顯寵幸上官婉兒，将她連升幾級拜爲上官婕妤，在宮中掌管制命。上官婕妤和武三思私通，還将武三思推薦給韋皇後，帶入禁宮。
安樂公主嫁給武三思的兒子武崇訓，李武兩家是親家。李顯曾讓韋皇後與武三思玩雙陸遊戲，自己在一旁爲他們點籌。
張柬之認爲武氏諸王濫官僭爵，請求李顯裁損武氏諸王爵祿以安天下，李顯不聽。敬晖見朝政受制于武三思，經常推床嗟惋，有次還彈指出血！
張柬之也歎道：“陛下過去爲英王時，時人稱其勇烈，以爲最象太宗。我之所以不殺諸武的原因，是想讓陛下親自誅殺他們，以向天下張揚天子的威風。今陛下反倒如此，事勢已去，還有什麽辦法啊！”
右羽林将軍楊元琰見武三思重新用事，請求棄官出家當和尚，李顯不許。敬晖嘲笑他，楊元琰說：“鳥盡弓藏、兔死狗烹，自古以來天子可以共患難而不可以同富貴。功成名就，不退将危。棄官爲僧是由衷之請，不是沒有道理的！”
二月十六日，以太子賓客、梁王武三思爲司空、同中書門下三品。十七日，以右散騎常侍武攸暨爲司徒、定王。
二十一日，李顯前往上陽宮觀風殿朝拜武曌。李旦辭讓太尉、知政事，又辭皇太弟，李顯同意了。二十七日，立皇子李重俊爲衛王，李重茂爲溫王。
四月十八日，魏元忠回到東都，就任衛尉卿、同平章事。
二十五日，以魏元忠爲兵部尚書，韋安石爲吏部尚書，李懷遠爲右散騎常侍，唐休璟爲輔國大将軍，崔玄暐爲特進，楊再思檢校楊府長史，祝欽明爲刑部尚書，并同中書門下三品。二十六日，以張柬之爲中書令。
五月七日，立唐太廟、社稷于洛陽。以崔玄暐、張柬之、武攸暨、武三思、鄭普思等十六人爲功臣，賜以鐵券，自非反逆，各恕十死。
敬晖擔心武三思進讒言，派考功員外郎崔湜充當耳目，偵察武三思動靜。
崔湜長得風流倜傥，卻是個牆頭草，見李顯親近武三思而疏遠敬晖，便起了反叛之心，将敬晖的密謀全部告訴了武三思，得到武三思的信任和重用，被升爲中書舍人。
武三思和韋皇後日夜讒毀敬晖等人，又爲李顯畫策說：“張柬之、敬晖等人恃功專權，将不利于社稷。不如封他們五人爲王，罷其政事，對外不失尊寵功臣，對内可奪其實權！”李顯深以爲然。
五月十六日，以侍中敬晖爲平陽王，侍中桓彥範爲扶陽王，中書令張柬之爲漢陽王，中書令袁恕己爲南陽王，特進崔玄暐爲博陵王，并加特進，令罷知政事，賜金帛鞍馬，隻在初一和十五兩天上朝。
十八日，上官婕妤勸韋皇後沿襲武曌故事，上表請天下士庶爲出母服喪三年，又請百姓年二十二成丁，五十九免役，李顯都下制頒行。
二十五日，降梁王武三思爲德靜郡王，定王武攸暨爲樂壽郡王，河内王武懿宗等十二人并降爲國公，以順人心。又以韋安石爲中書令，魏元忠爲侍中，楊再思檢校中書令。
特進、漢陽王張柬之上表，請回老家襄州養疾；七月十八日，以張柬之爲襄州刺史，不知州事，給全俸。
十一月二日，群臣上皇帝尊号爲應天皇帝，韋皇後爲順天皇後。六日，李顯與韋皇後拜谒太廟，大赦天下；相王和太平公主加實封，都滿一萬戶。
神龍二年正月二十一日，李顯護送武曌靈駕回長安。閏正月十日，以特進敬晖、桓彥範、袁恕己三人爲三州刺史。
光祿卿王同皎是慷慨之士，不滿武三思和韋皇後私通亂國，經常與親信張仲之、祖延慶、武當丞周憬私下議論，想要除掉武三思和韋皇後二人。
宋之遜于簾下偷聽到了這些話，報告了哥哥宋之問，又派侄兒宋昙向武三思告密。宋之問也派撫州司倉冉祖雍上書告變。
武三思令宋昙、冉祖雍上書，狀告王同皎與張仲之、祖延慶、周憬等潛結壯士，謀殺武三思，還要勒兵詣阙，廢掉皇後。
三月七日，王同皎及其親信張仲之、祖延慶、周憬都被斬首，籍沒其家。
當初，宋之問兄弟因爲黨附張昌宗兄弟，宋之問左遷泷州參軍，宋之遜出爲兖州司倉。宋之問兄弟不久私自潛逃回洛陽，宋之問藏匿于張仲之家，宋之遜被王同皎安排在自家院内小房居住。
别人好心收留他兄弟二人，他兄弟二人卻恩将仇報，檢舉告發恩人，上演了一幕經典的農夫和蛇的故事。
事後，宋之遜升爲光祿丞，宋之問升爲鴻胪丞，宋昙升爲尚衣奉禦。時人嘲諷他們，說：“宋之問兄弟的绯衫是王同皎的鮮血染成的！”
武三思派鄭愔狀告朗州刺史敬晖、亳州刺史桓彥範、襄州刺史張柬之、郢州刺史袁恕己、均州刺史崔玄暐與王同皎通謀。
六月六日，貶敬晖爲崖州司馬，桓彥範爲泷州司馬，張柬之爲新州司馬，袁恕己爲窦州司馬，崔玄暐爲白州司馬，并員外置，長任，舊官封爵并追奪。
武三思暗中令人書寫韋皇後的穢行，在天津橋張榜公示，請求皇帝廢黜皇後。李顯大怒，命禦史大夫李承嘉徹查此事。
李承嘉上奏：“敬晖、桓彥範、張柬之、袁恕己、崔玄暐等教人密爲此榜，雖托廢後爲名，實有危君之計，請加族滅！”
武三思又派兒媳安樂公主谮之于内，侍禦史鄭愔言之于外，李顯批準李承嘉的奏請，命法司結案。
七月三十日，以敬晖等五人曾賜鐵券，許以不死，長流敬晖于崖州，桓彥範于瀼州，張柬之于泷州，袁恕己于環州，崔玄暐于古州，并終身禁锢，子弟年十六以上，都流放嶺外。
中書舍人崔湜勸說武三思道：“敬晖等人他日北歸，終爲後患，不如遣使矯制殺掉他們。”武三思問誰可出使，崔湜推薦其姨兄嘉州司馬周利貞。武三思令周利貞攝右台侍禦史，奉使嶺外。
等到周利貞趕到流放地，張柬之和崔玄暐已經病卒。周利貞在貴州遇到桓彥範，令左右侍衛捆縛桓彥範，在竹槎上拖曳，肉盡至骨，然後杖殺。
抓到敬晖後，施以剮刑。
抓到袁恕己後，逼他喝斷腸草汁，喝了幾升還不死，袁恕己不勝痛楚，用手掊地，手指甲都抓掉了，血流一地，這才捶殺。
周利貞完成使命回朝後，擢拜禦史中丞。