正在张柬之紧张筹划复辟李唐大计的时候，武曌的病情加重了，甚至在晚上恍惚看到黑白无常前来勾魂摄魄，感到命不久矣。
知名大德法藏急忙赶到岐州法门寺，开启舍利塔，捧出佛骨舍利，于神龙元年正月十一日，送到洛阳明堂，希望佛骨舍利能够释放大慈光，发出无边法力，治好武曌的病，为她延年益寿！
佛骨舍利请来了，云海石佛珠戴上了，大悲咒也念完了，然而武曌的病情还是没有什么好转。武曌挥手让大德们退下，自己乘辇回到迎仙宫集仙殿休息。
武曌的病情时好时坏，张柬之等不及了，决定按照计划发动兵谏。
神龙元年正月二十二日，张柬之、崔玄暐、桓彦范和左威卫将军薛思行等，率领左右羽林兵五百余人到玄武门集合，派遣李多祚、右散骑常侍李湛和内直郎、驸马都尉王同皎前往东宫迎接太子武显。
武显多疑，不肯出来。太子不出面行不行？
显然不行，因为这次行动的旗号就是奉太子令诛二张，如果太子不出面，则师出无名。如果强行闯入玄武门，包围迎仙宫，就会背上乱臣贼子、以下犯上、以臣弑君的罪名！这个黑锅，任何饱读诗书的人都不愿意背，也不敢背。
李湛站在门外大声说：“二张反道乱常，即将图谋不轨，宗社危败，只在须臾之间。诸将和南衙执事克期诛翦，伏愿殿下暂至玄武门以副众望！”
武显回答：“二张悖乱，确实应当诛灭，但是圣躬欠佳，寡人担心惊动圣人，公等且止，以待后图！”
女婿王同皎着急了，喊道：“先帝将神器交付殿下，却横遭幽废，人神同愤，到现在已经二十二年了！今天我们已经联络好北门和南衙禁军，同心协力一起诛杀二张，恢复李唐社稷，臣恭请殿下暂至玄武门，以副众望！”
李湛又说：“诸将弃家族共宰相同心努力匡扶社稷，殿下怎么忍心陷他们于鼎镬？众心不稳，请殿下速速出来亲自遏止！”武显只好出来了。
王同皎扶抱武显上马，在众将士的簇拥下来到玄武门。众将士齐呼殿下，鼓舞雀跃，砍断玄武门门闩而入。
张柬之带兵进入迎仙宫，逮捕张易之和张昌宗，拉到玄武门城郭下斩首，然后进入集仙殿，环绕侍卫。
听到众人的脚步声和号令声，武曌突然惊起，问：“是谁在作乱？”
张柬之早有准备，从容应对：“张易之、张昌宗谋反，臣等奉太子令诛杀他们，恐有漏泄，所以事前不敢报告陛下。称兵宫禁，罪当万死！”
武曌看见太子武显，说：“原来是你？小子既已诛杀，可还东宫？”
武显沉默不语，桓彦范急忙进言：“太子怎么能够再回东宫？过去天皇以爱子托付陛下，今日太子年已五十了，居东宫过久，天意人心都思念李氏。群臣不忘太宗、天皇之德，所以共奉太子诛杀贼臣。伏愿陛下传位太子，以顺天人之望啊！”
这番话说得绵密连贯，武曌竟一时无言反驳。
李湛是李义府第四子，六岁时任职周王府文学，现任职右散骑常侍、左羽林将军。武曌见李湛也在，说：“你也帮助诛杀易之吗？我待你父子不薄，不想会有今日！”李湛俯首不能对。
武曌又对崔玄暐说：“其他人都是因为别人的引荐而得以进阶，只有卿是朕亲自擢升，怎么也在这儿呢？”
崔玄暐对道：“臣在这里就是为了报答陛下的大恩大德呀！”武曌这时疲劳已极，又倒下睡着了。
张柬之指挥羽林兵抓捕张昌期、张同休、张昌仪等人，抓到一个斩首一个，与张易之、张昌宗一起枭首于天津桥南。
这天，相王府司马袁恕己跟从相王武旦率领南衙禁兵在神都戒严，逮捕凤阁侍郎韦承庆、正谏大夫房融和司礼卿崔神庆等张氏党羽下狱。
二十三日，武曌见张柬之、崔玄暐等人在集仙殿轮流值班守夜，不肯离去，无奈下制令太子武显监国。
武显任命袁恕己为凤阁侍郎、同平章事，分遣十位使臣携带玺印和文书到各州宣示慰问，又命地官侍郎樊忱前往长安报告庙陵。
二十四日，武曌传位于太子武显。
二十五日，太子武显恢复李姓，即皇帝位于通天宫，大赦天下，唯张易之党羽不在赦免范围，被周兴、来俊臣陷害的人，全部昭雪。内外文武官加两阶，三品已上加爵二等，大酺五日。
相王李旦加号安国相王，进拜太尉，太平公主加号镇国太平公主，仍赐实封，通前满五千户。李氏皇亲原先被发配籍没的，子孙都令恢复属籍，量叙官爵。又放出宫女三千人，除旧布新。
二十六日，武曌徙居上阳宫，李湛留宿侍卫。
二十七日，李显率领文武百官前往上阳宫，敬上武曌尊号为则天大圣皇帝。
二十九日，大赏功臣，以张柬之为夏官尚书，崔玄暐为内史，袁恕己同凤阁鸾台三品，敬晖、桓彦范都为纳言，都赐爵郡公。
李多祚进封辽阳郡王，赐实封六百户；王同皎为右千牛将军、琅邪郡公，李湛为右羽林大将军、赵国公；其余官员封赏有差。又派使臣前往高要县召魏元忠还朝，拜为卫尉卿、同平章事。
二月一日，李显率领文武百官到上阳宫问候武曌起居，此后每十日一往。
二月四日，恢复国号为唐，社稷、宗庙、陵寝、郊祀、行军旗帜、服色、天地、日月、寺宇、台阁、官名，全部依照永淳