除掉“五王”后，武三思更加肆无忌惮，他不仅与韦后私通愈发公开，还与安乐公主勾结。安乐公主自小备受中宗与韦后宠爱，性格骄横跋扈，野心极大，竟向中宗请求立自己为“皇太女”，将来继承皇位。武三思的儿子武崇训娶了安乐公主，凭借这层关系，武三思与安乐公主往来密切，他不仅支持安乐公主当“皇太女”，还多次在中宗面前夸赞安乐公主有“吕雉之才”，劝中宗满足安乐公主的请求。
中宗虽昏庸，却也知道“皇太女”不合礼法，并未应允，但也没有斥责安乐公主与武三思，只是含糊其辞地应付过去。武三思见中宗态度暧昧，便认为有机可乘，开始暗中谋划，欲待时机成熟，废掉太子李重俊，拥立安乐公主为皇太女，自己则以“外戚”身份辅政，甚至取而代之。
太子李重俊，是中宗的第三子，其母身份低微，并非韦后所生。韦后因李重俊不是自己亲生，又担心他将来继承皇位后会威胁自己与安乐公主的地位，便多次在中宗面前诋毁李重俊，劝中宗废黜他的太子之位。安乐公主与武崇训更是将李重俊视为眼中钉，经常当众羞辱他，甚至称呼他为“奴”。
武三思掌权后，也多次针对李重俊，他不仅在朝堂上公开反对李重俊参与朝政，还暗中散布谣言，说李重俊“非嫡非长，不堪为太子”，试图动摇李重俊的太子之位。李重俊见武三思与韦后、安乐公主沆瀣一气，步步紧逼，深知自己若不反抗，迟早会被他们害死，便决定发动政变，诛杀武三思等人。
景龙元年（707年）七月初六，李重俊暗中联络左羽林大将军李多祚、右羽林将军李思冲、李承况等人。李多祚是历经太宗、高宗、武周、中宗四朝的老将，曾参与神龙政变，因不满武三思专权，对韦后与安乐公主的骄横也早有怨言，便答应协助李重俊。李重俊又召集了三百余名忠心于自己的羽林军士兵，制定了详细的政变计划：先杀武三思父子，再入宫诛杀韦后、安乐公主与上官婉儿，最后逼中宗退位。
当天夜里，李重俊与李多祚率领三百余名羽林军，手持兵器，悄悄从宫城北门出发，直奔武三思的府第。此时的武三思，正与儿子武崇训在府中设宴，与宾客饮酒作乐，丝毫没有察觉危险的降临。羽林军士兵冲入府中时，府中的侍卫猝不及防，很快便被制服。武三思见士兵手持兵器冲入宴会厅，顿时吓得魂飞魄散，想要起身逃跑，却被一名羽林军士兵一刀砍倒在地，当场身亡。武崇训见状，想要拔剑反抗，也被士兵斩杀。随后，李重俊下令将武三思与武崇训的首级割下，悬挂在城门上示众，以泄心头之恨。
诛杀武三思父子后，李重俊与李多祚率领羽林军转向皇宫，冲入宫门，直奔中宗与韦后所在的玄武门楼。宫中的侍卫发现有人发动政变，纷纷上前阻拦，却被羽林军士兵击退。上官婉儿得知政变的消息后，急忙跑到玄武门楼，对中宗与韦后说：“太子此举，显然是想先杀我，再杀皇后，最后杀陛下啊！”中宗与韦后闻言，吓得面色惨白，急忙登上玄武门楼的城楼，躲避羽林军的进攻。
李重俊与李多祚率领士兵追到玄武门楼前，李多祚高声呼喊，要求中宗交出韦后、安乐公主与上官婉儿。中宗站在城楼上，看着楼下的羽林军士兵，知道这些士兵大多是宫中的宿卫，对自己仍有敬畏之心，便对着士兵们喊道：“你们都是朕的宿卫之士，为何要跟随李多祚谋反？只要你们能斩杀谋反之人，朕必不会亏待你们，保你们富贵！”
羽林军士兵听到中宗的喊话后，纷纷动摇。其中一名士兵突然调转矛头，向李多祚砍去，其他士兵见状，也纷纷倒戈，向李多祚、李思冲等人发起进攻。李多祚等人猝不及防，很快便被士兵斩杀。李重俊见局势失控，知道政变已经失败，便带着几名亲信骑兵，从宫城西门逃出长安，向终南山方向逃去。
中宗得知李重俊逃跑后，立即下令派兵追捕。李重俊逃到终南山后，身边的亲信见大势已去，担心被牵连，便趁李重俊熟睡之际，将他斩杀，带着他的首级返回长安，献给中宗。中宗下令将李重俊的首级悬挂在城门上示众，随后又将其首级送到武三思的灵前祭奠。
武三思死后，韦后与安乐公主并未收敛，反而更加肆无忌惮地干预朝政。她们大肆提拔亲信，排除异己，甚至毒杀了中宗，试图效仿武则天称帝。最终，在景龙四年（710年），临淄王李隆基（即后来的唐玄宗）与太平公主发动唐隆政变，诛杀韦后、安乐公主及其党羽，拥立睿宗李旦复位，武氏势力彻底被清除，李唐社稷才得以稳定。
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