高宗时期
唐太宗去世后，李治即位，即唐高宗。此时唐朝承继贞观之治，国力鼎盛，史称永徽之治。当时尚有宿将如李积、苏定方、薛仁贵等，名臣长孙无忌、褚遂良等。对内持续推行均田制，选用较低级但有才能的官吏。对外于659年消灭西突厥，疆域西扩至咸海与阿姆河一带，设立安西都护府于碎叶城（今吉尔吉斯托克马克市）。并且于葱岭以西设置十六个都督府，让吐火罗叶护、诃达罗支国王等等中亚君主兼任都督。在东方，与新罗联合灭掉东北强国高句丽和百济，并白江口之战击败日本援军。唐朝在朝鲜半岛建立安东都护府，也间接促使新罗统一朝鲜半岛。
高宗中期以后，政权逐渐由皇后武则天掌握。武则天原为太宗时期的才人，太宗死后被高宗招入宫中。她在权力斗争中获胜，被立为皇后，史称“素多智计，兼涉文史”。656年起，高宗因健康原因，许多政事都逐渐交给武则天处理，武则天成为最高统治者之一，与高宗并称“二圣”。高宗去世后，太子李显即位，是为唐中宗。因为与中宗不合，武则天不久将中宗废为庐陵王，改立四子李旦为帝，是为唐睿宗。
武周代唐
中国历史上唯一一位女皇帝武则天武则天平定徐敬业的反叛后，于690年废睿宗，即皇帝位，改国号为周，即武周，定都洛阳（号称神都），改立李旦为皇嗣，成为中国历史上唯一的女皇帝。在武则天掌权与称帝的期间，国家较贞观时期有更大的发展。均田制的继续推行发展农业生产；科举制度进一步完善，开创出殿试和武举。武则天打击自北周以来的关陇集团，大力提拔科举出身的官员，时称“北门学士”，很多是来自关东与江南的士人。并且大力提拔人才，如狄仁杰、张柬之、张仁愿、姚崇等名臣将领。文化艺术亦有所进步，当时佛教大兴，武周时期的佛寺兴建频繁。但武则天执政的另一特点是强力控管，主要有严厉镇压徐敬业等反对派、屠杀唐宗室亲王与支持唐朝的大臣将领。鼓励告密，暗中监控官吏、诸侯，以及推广酷吏制度。扶持武三思、上官婉儿等党羽。这些在后世经常受到史学家的批评。
武则天晚年，听从狄仁杰的劝告，重立李显为太子，改立李旦为相王。705年武则天病重时，宰相张柬之与将领李多祚等人拥太子李显发动政变，他们杀女皇的男宠张易之兄弟，逼武则天退位。中宗李显重祚，唐朝复辟，封其弟李旦为安国相王，其妹太平公主为镇国太平公主，史称神龙革命。中宗统治经验颇为缺乏，在位时政治腐败，贪墨成风。他受到韦后、女儿安乐公主和武氏党羽武三思等人迷惑，将功臣张柬之和敬珲等人全部流放诛杀。韦后与安乐公主野心勃勃，想要成为武则天第二。他们与上官婉儿联手迫使太子李重俊发动重俊之变，重俊最后事败被杀。710年韦后和安乐公主毒死中宗，立温王李重茂为帝，即殇帝，并且打算加害相王李旦。李旦之子李隆基在姑母太平公主的协助下发动唐隆之变，诛尽韦后与武氏势力，拥立睿宗李旦复辟为帝。睿宗复位后，立其子李隆基为太子，同意其妹太平公主干预政局，双方时常发生权力斗争。712年睿宗决定禅让帝位，太子李隆基即位，即唐玄宗。但是玄宗宣称太平公主又准备用羽林军兵变。隔年，玄宗发兵杀太平公主与其党羽，唐朝自武则天以来的女主政治，至此结束。
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