薛怀义死后，武则天继续广求美男子，恣意淫乐。晚年时，武则天宠幸张易之、张昌宗兄弟，专门为张氏兄弟专设机构控鹤府，以张易之为府监，位三品。张易之小名五郎，张昌宗小名六郎。有朝臣赞誉张昌宗说：“六郎面似莲花。”内史杨再思马屁拍得更加无耻，竟然说：“不然，是莲花似六郎！”
人不免一死，武则天也不例外，她不得不考虑自己死后，究竟该将天下交付给谁，是诸武，还是李氏子孙？武则天身份复杂，既是李氏的家长，又是武氏的族长，在亲子和族侄间，一时难以抉择，便询问宰相狄仁杰的意见。狄仁杰说：“皇嗣是陛下亲子，陛下临御天下，当传之子孙，岂可以侄为嗣？母子与姑侄孰亲？陛下稍加思量，不难自明。”明确指出儿子比侄子更亲，涵义不言而喻。武则天十分看重狄仁杰的意见，于是下定决心将皇位传给儿子。坐贬多年的第三子李显也被迎回洛阳。李显刚刚回来，第四子李旦便立即请求退位，于是武则天立第三子李显为太子，封第四子李旦为相王。
因为当年曾经大杀李氏宗室，武则天担心她死之后，李氏宗室为了报复，也会躏藉屠戮武氏，便用心良苦地让诸武和相王李旦、太平公主与太子李显一起宣誓，告天地于名堂，铭之铁卷，藏于史馆，永相和好。从血缘上来说，李氏和武氏都是近亲，但后来事实是，这些人最终还是为了权力互相杀戮，多次血溅大明宫。
长安四年（704年）八月，已经81岁的武则天终于卧病不起，居住在迎仙院。一向狐假虎威的张氏兄弟眼见靠山将倒，便图谋作乱。宰相张柬之经过周密部署，在神龙元年（705年）正月二十三日发动了兵变，羽林将军李多祚率兵杀入玄武门，将张昌宗、张易之斩杀在迎仙院院左。武则天听到变故发生后，阻止已经来不及。这时候，张柬之等人入见，请求武则天传位给太子，武则天闷闷不乐，重新回到床上躺下，一言不发。显然，她不愿意放弃权力，但也深知大势已去，局面已经不由她所控制，是以只能以沉默对之。
在张柬之等人的拥戴下，太子李显即位，复为中宗，恢复唐国号，徙武则天于上阳宫。至此，长达15年的武周王朝告终。中宗复位后，将朝廷从洛阳重新迁回了长安。
同年十一月，武则天病死于上阳宫的仙居殿，终于结束她奋斗而传奇的一生。临终前，武则天神志异常清醒，立下遗嘱，内容包括去掉帝号，称则天大圣皇后，和高宗合葬在乾陵等。并叮嘱只许为她立碑，不许立传，这就武则天无字碑的来历。
中国有两块著名的无字碑：一块是汉武帝在泰山立的。汉武帝到泰山封禅时，登上山顶，感觉泰山太伟大了，“蔑矣！尽矣！无以加矣”，因为无法表达，于是立无字碑；另一块便是武则天的无字碑，为一块完整的大石头，高达7米。关于立无字碑的目的，武则天本人并无说明。后人猜测很多，有人认为她觉得自己功劳太大，难以表达；也有人认为她知道自已死后一定会引起沸沸扬扬的议论，所以干脆不写墓志，任由众人评说。 |
