而在此期间，武则天也表现出了一定的政治才能，可以说给李治尽到了一个贤内助的责任，而这则为此后她的参政打下了基础。武则天与李治本为同一阵线，相较于大臣李治更相信皇后从永徽六年（655年）“废王立武”，到显庆四年（659年）长孙无忌自尽，唐高宗终于摆脱了政治上的制约，开始真正掌握朝中大权。然而，命运似乎和他开了一个玩笑，正当其准备大干一场之时，从显庆五年（660年）开始，他的身体却出现了问题，常常头晕目眩的他，已经很难再独力承担繁重的朝政。
对于唐高宗李治来说，好不容易将权力收回，自然不愿再轻易放手，可如今身体却又不容许自己太过亲力亲为，势必要交出一部分权力，那么又该交给谁呢？对于李治来说，选择皇后自然更为稳妥，毕竟相较于随时能够架空自己的大臣，武则天对自己的威胁更小，而且即使将来自己一命呜呼，武则天仍然要归政于新君，此前历史上还从未出现过一位女皇帝。
于是，唐高宗李治除了将宰相的任免权牢牢掌控在手中之外，开始将一些日常工作交给武则天去办。由于武则天的权力源泉本就是唐高宗李治，因而在最初参政的过程中，武则天表现的还是相当恭顺的，可随着时间的推移，武则天开始积极培植私人势力，同时排除异己，开始真正侵染朝中大权。麟德元年（664年），眼看武则天野心越来越大，唐高宗李治一怒之下决定废后，武则天得知后则跑去向李治申诉辩解，并成功说服了李治，反倒导致帮助李治拟定废后诏的上官仪惨遭牵连，遭到族诛。
此事之后，李治再也无力压制武则天，从此每当李治理政，武则天便“垂帘于后，政无大小皆与闻之。天下大权，悉归中宫，黜陟、生杀，决于其口”，“二圣临朝”的局面就此形成。随着时间的推移，由于唐高宗李治的病情越来越严重，武则天对朝政的掌握也开始越来越紧密。到了上元二年（675年），李治因病情太过严重，便打算禅位于皇后，但却遭到了宰相郝处俊等人的坚决反对。
与此同时，武则天在李绩、许敬宗等亲信逐渐老去的情况下，为了更稳固的驾驭国家机器，“以修撰为名”，从左、右史和著作郎中物色了一批才学俱佳的文人学士，令其参决朝政，“以分宰相之权”，从而形成了隶属于自己的智囊班子，史称“北门学士”。这批“北门学士”组成的智囊班子，为武氏造舆论、定主意出力甚巨，可以说武则天能够长期掌控朝政，在唐高宗死后临朝称制，并逐渐改唐为周，与这批人的努力是分不开的。
唐高宗死后连废两任皇帝，大力清除异己最终称帝永淳二年（683年），唐高宗李治病重之际，命太子李显代理国政，宰相裴炎、刘齐贤、郭正一等人协助理政。同年十二月，唐高宗李治驾崩，临终遗诏“太子李显于柩前即位，军国大事有不能裁决者，由天后（武则天）决定”。唐高宗李治的临终遗命，本是想着由裴炎和武则天内外廷相制衡，从而确保李显皇位稳固。
