二张得势以后，经常胡作非为，贪赃枉法，随意打击不顺从自己的官吏，又私自杀害了议论二张兄弟权势过大的李显的长子和他的妹妹永泰郡主、妹夫武承嗣之子武延基，引起了朝廷官员的愤怒。一些大臣多次收集张氏兄弟的犯罪证据，想将其绳之以法，但都被武则天赦免。官员们看到用法律制裁不了二张，就准备用武力将其杀掉。
政变的目的起初并非为了推翻武则天，仅是为了杀掉张氏兄弟。宰相张柬之等五位朝廷的重要人物，联络羽林军将领以及太子李显、相王李旦、太平公主等一大群势力，乘武则天卧病不起之机，攻占了玄武门，突入宫中，在武则天的迎仙宫搜出张易之、张昌宗，就地处死，完全控制了武则天。事情既已至此，就顺便把武则天请下皇位，迎立中宗。政变的第二天，武则天下《命皇太子监国制》，第三天，武则天宣布传位太子，第四天中宗宣布复位，武周政权即告结束。