武则天病笃，在迎仙宫卧床不起，只有张易之、张昌宗兄弟侍侧，宰相张柬之、崔玄暐与大臣敬晖、桓彦范、袁恕己等，交结禁军统领李多祚，佯称二张谋反。于是，发动政变，率禁军五百余人，冲入宫城，杀死二张，随即包围武则天所寝集仙殿，要求她退位，武则天被迫禅位于太子李显，随后徙居上阳宫。李显复位后，率百官到观风殿问武则天起居，此后每十日一往，又上武则天尊号为“则天大圣皇帝”，武周一朝结束。唐朝复辟，百官、旗帜、服色、文字等皆复旧制，复称神都为东都。
武则天在上阳宫的仙居殿病逝，享年八十二岁，遗诏省去帝号，称“则天大圣皇后”，并赦免王皇后、萧淑妃二族以及褚遂良、韩瑗、柳奭三人的亲属，与高宗合葬乾陵。
武则天统治时期，社会是相对安定的，农业、手工业和商业都有了长足的发展，户口也由唐高宗的380万户，增加到唐中宗的615万户，平均每年增长0.721%，这在中国古代是一个较高的增长率。武则天还改制音乐机构，将内教坊改为云韶府，习雅乐，促进宫廷音乐的发展，执政期间是唐代音乐过渡阶段，上承唐初的雅乐，下为唐中期燕乐、俗乐奠定基础。执政时期至武周建立后，与周边各国的局部战争，时起时伏，以武周胜利为多，武则天在位15年中，基本上维护了帝国的统一。
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