王皇后一直得到长孙集团的有力支持，尚能在失宠的情况下保位，但不久就发生了一件令她地位彻底动摇的事。武则天生下了一个白胖美丽的小公主。由于是武则天的第一个女儿，极得李治喜爱，视为掌上明珠。有一天，王皇后来探视小公主，离去后不久，李治来到，发现小公主死了，大惊着喝问宫人:“刚才谁来过?”宫人回答:“王皇后。”武则天闻讯赶来，放声大哭。李治不明真相，便认为是王皇后杀了小公主，大怒说:“皇后杀我的女儿，以前就常和昭仪(武则天)过不去，如今又这样!”到了这个时候，朝野上下差不多都已经知道，王皇后被废势在必然，只是迟早而已。
后世普遍认为是武则天扼杀了襁褓中的亲生女儿，然后嫁祸给王皇后。从日后武氏大杀亲生儿子以铲除通往皇帝宝座的障碍来看，这是极有可能的。一个女人，为了自保不择手段，心狠手辣到敢对自己的亲生骨肉下手，再加上美貌和智慧，就无往而不胜了。
起初，李治想废王皇后、立武则天为后，是期望能够得到元舅长孙无忌的支持的。夫妻二人也为此下了大量功夫。先是由武则天出面，派人送了十车金银给长孙无忌作为试探，长孙无忌竟然收下了。李治和武则天觉得苗头不错，双双来到长孙无忌府邸。长孙无忌也热情款待，气氛相当融洽。李治又当面授长孙无忌的三个儿子为朝散大夫，以示笼络。长孙无忌也没有推辞。于是，李治趁机提出了废立皇后的问题，长孙无忌却不表态，将话题岔开。李治多次试探，均不得要领。实际上，长孙无忌不支持武则天的态度已经一览无遗。
为了与支持王皇后的长孙集团相抗，武则天不得不在外廷寻找支持自己的势力。中书舍人(正五品)李义府与李治有旧，但一向与长孙无忌不合，长孙无忌为了巩固权势，要将李义府贬出京师。李义府外表谦和恭顺，与人说话必面带微笑，但心计深刻狠毒，时人称他“笑中刀”，这便是成语“笑里藏刀“的来历。又因他柔而害物，称他为“李猫”。当时，贬斥李义府的文书即将在第二天发到门下省，李义府抢先得到了消息，向另一中书舍人王德俭(许敬宗外甥)求教。王德俭号称“智囊”，告诉李义府说:“圣上宠幸武昭仪，想立她为皇后。但碍于宰相反对，一直没有提出来。如果你能抢先上表，肯定能转祸为福。”中书舍人相当于皇帝的秘书，晚上必须在朝堂值班，称为“值宿”。当天晚上，值宿的是王德俭，李义府主动要求代替王德俭。就在这天晚上，李义府叩阁上表，请求立武昭仪为皇后。李治喜笑颜开，立即召见李义府。李义府不但没有遭到贬黜，还被超拜为中书侍郎(正三品)。于是，一大批为长孙无忌所压制的失意人，争先恐后地投奔到拥戴武则天为皇后的势力中。
永徽六年(655年)九月，李治召长孙无忌、李世勣、褚遂良、于志宁四位元老于内殿(李世勣称病未至)，正式提出欲废王皇后、立武氏为后。褚遂良当即坚决反对，理由是:“王皇后出身名门望族，又是先帝为陛下所娶，未闻有所过失，怎能轻易废掉?”
李治之前一直表现得天性仁厚、少有主见，很容易受他人操纵影响，但唯独在立武则天为后这件事上锲而不舍。这里面的原因很多:既有他对武则天浓郁的爱，也有他对王皇后强烈的恨，更多的却是他要发泄长久以来被一干重臣挟制不得自主的怨气。
第二天，李治又召*商谈。褚遂良说:“陛下必欲易皇后，伏请妙择天下令族，何必武氏!武氏经事先帝，众所俱知，天下耳目，安可蔽也。万代之后，谓陛下为如何!愿留三思!”(《资治通鉴·卷一百九十九》)甚至以辞官来谏阻。此时，武则天正躲在帘后偷听，见褚遂良公然揭自己的短处，忍不住大声说:“为何不杀死这老家伙!”朝堂气氛顿时为之一变。李治下令将褚遂良拖下去，长孙无忌等重臣立即上疏劝阻。反武派前仆后继，来势汹汹，一副不达目的决不罢休的样子。武则天事先笼络的许敬宗、李义府等亲信自然不甘示弱，雄辩滔滔。反武派和拥武派在朝堂闹得不可开交，双方精兵强将一一亮相。
奇怪的是，*重臣中只有李世勣始终一言不发。李治觉得有些蹊跷，便特意留下李世勣询问。李世勣精明过人，已经预料到武氏封后不可逆转，但他身为先帝重臣，不好公然支持儿子夺老子的女人，便圆滑地回答说:“此陛下家事，何必更问外人?”可谓是一语点破梦中人，李治恍然大悟，武则天也茅塞顿开，马上派许敬宗四处放话:“田舍翁多收十斛麦，尚欲易妇;况天子欲立后，何豫诸人事而妄生异议乎!”
形势立时开始急转直下。褚遂良被贬出京师，发配往谭州。接着，李治下诏，以皇后王氏、淑妃萧氏谋行鸩毒谋杀武媚女婴，废为庶人，打入冷宫幽禁。不过，这只是二人凄惨结局的开始。王氏虽被废黜，毕竟树大根深，有长孙无忌一班重臣的支持，又是李治的结发妻子，李治还曾经暗中去探望，将王氏居住的冷宫改名为“回心院”。
武则天深怕王氏死灰复燃，下令将王氏和萧氏各杖一百，再砍去手足，投入酒瓮之中“骨醉”。二个女人忍受不了这样非人的折磨，哀号了好几天后，含恨而死，死后还被残忍地肢解。武则天还不解恨，改王氏姓为蟒氏，改萧氏姓为枭氏。直到后来唐中宗李显再次做了皇帝，觉得其母的做法实在太过份，以王皇后毕竟是父亲唐高宗第一位皇后为由，下旨予以厚葬，改回原姓王氏。
永徽六年(655年)十一月，李治临朝，命李世勣、于志宁为册立皇后正、副使，奉玺绶进武昭仪为皇后。武则天时年三十二岁。文武百官、四夷酋长朝贺在肃义门朝拜皇后，三呼皇后千岁。内外命妇入谒。历史上百官、命妇朝见皇后，自此而始。
次年(656年)正月，李治改年号“永徽”为“显庆”，喜悦和得意之情一览无遗。同月，太子李忠被废，封为梁王，武则天的长子李弘被册为太子。
