武三思，是武则天异母哥哥武元庆之子，祖父武华曾为隋朝官员，父亲武元庆早年与武则天母女关系非常不好，武则天得势后，武元庆遭贬斥，客死他乡。武三思因武元庆的缘故，并未得重用，直至武则天临朝称制，大力扶持武氏宗族以巩固权力，武三思才得以被召回长安，凭借“皇侄”身份踏入仕途。
武则天称帝后，改国号为周，武氏宗族地位水涨船高，武三思被封为梁王，官至司空、同中书门下三品，跻身宰相之列。他深谙武则天心思，处处迎合，曾多次上书请求武则天诛杀李唐宗室与反对武氏的大臣，还牵头组织文人编撰《三教珠英》，为武则天称帝制造舆论，深得武则天信任。
神龙元年（705年）正月，宰相张柬之、崔玄暐，将领敬晖、桓彦范、袁恕己等人，趁武则天病重之际，率羽林军发动政变，冲入玄武门，诛杀武则天宠信的张易之、张昌宗兄弟，逼迫武则天退位，拥立太子李显复位，是为唐中宗。这场政变史称“神龙政变”，李唐社稷得以恢复，张柬之等五人因功被封为郡王，时人称之为“五王”。
政变发生时，武三思正身处府中，听闻张氏兄弟被杀、武则天退位，心中惊惧不已。他身为武氏核心成员，必是“五王”的眼中钉肉中刺，恐难逃清算。可他没想到，中宗李显的态度竟让局势出现了转折。中宗早年曾被武则天废黜，流放房州十余年，期间历经磨难，性格变得懦弱多疑，复位后对武则天仍心存敬畏，不敢彻底清算武氏宗族。更关键的是，中宗的皇后韦氏，此时已有干预朝政的野心，她认为武三思可作为制衡“五王”的棋子，便有意拉拢。
韦后与中宗是患难夫妻，中宗在房州时，曾对韦后许诺“一朝见天日，不相制”，复位后便对韦后言听计从，甚至允许韦后参与朝政。韦后忌惮“五王”手握实权，便想找一个既能抗衡“五王”，又能依附自己的人。此时的武三思，仍有一定人脉，且与韦后早有旧识，便成了韦后的首要目标。
而促成武三思与韦后勾结的，还有一个关键人物——上官婉儿。上官婉儿是前宰相上官仪的孙女，上官仪因反对武则天被杀，上官婉儿自幼入宫为奴，凭借聪慧才智，得到武则天赏识，成为其身边的得力助手，掌管诏命。中宗复位后，上官婉儿被封为昭容，仍掌制诰，深得中宗与韦后信任。上官婉儿与武三思早有私情，她深知武三思的野心与能力，也明白韦后的需求，便主动在二者之间牵线搭桥，多次将武三思引入禁宫，让他得以接近韦后。
起初，武三思还对韦后心存顾忌，可几次接触后，他发现韦后野心勃勃，且中宗对韦后极为纵容，便放下心来，全力迎合韦后。史载，中宗曾命韦后与武三思一同玩“双陆”（一种古代棋类游戏），自己则坐在一旁为二人计数，毫不避讳。久而久之，武三思与韦后便私通款曲，宫中上下虽心知肚明，却无人敢言。凭借与韦后的特殊关系，武三思得以重新进入朝堂核心，中宗对他愈发信任，甚至让他参与商议国家大事，武氏势力也随之死灰复燃。
“五王”见武三思权势日盛，且与韦后勾结，深知其必为后患，便多次上书中宗，请求诛杀武三思，清除武氏残余势力。可中宗此时早已被韦后与武三思蒙蔽，不仅不听“五王”劝谏，反而认为“五王”是故意挑拨离间，对他们渐生不满。武三思得知“五王”欲除自己，心中恨之入骨，便与韦后、上官婉儿商议，决定先下手为强，铲除“五王”。
武三思深知“五王”功高权重，不可贸然动之，便想出一条“明升暗降”的毒计。他对中宗说：“张柬之等人虽有拥立之功，却恃功自傲，权势过大，恐对陛下不利。不如封他们为郡王，罢去宰相之职，既显陛下恩宠，又能避免他们专权。”中宗本就对“五王”有所忌惮，听武三思这么一说，当即应允。不久，中宗下诏，封张柬之为汉阳王、敬晖为平阳王、崔玄暐为博陵王、桓彦范为扶阳王、袁恕己为南阳王，同时罢去五人的宰相职务，让他们致仕（退休）。“五王”虽被封王，却失去了实权，成了无职无权的闲散王爷。
武三思并未就此罢休，他知道“五王”一日不死，自己便一日不得安宁。随后，他指使党羽郑愔诬告“五王”谋反，声称“五王”因被罢职心怀不满，暗中联络旧部，欲发动政变推翻中宗。中宗本就对“五王”心存芥蒂，听闻此事后，不辨真伪，当即下令将“五王”流放边疆：张柬之流放泷州（今广东罗定），敬晖流放琼州（今海南海口），崔玄暐流放古州（今贵州从江），桓彦范流放瀼州（今广西上思），袁恕己流放环州（今广西环江）。
为了永绝后患，武三思又暗中派人给流放地的官员送信，命他们途中诛杀“五王”。负责押送桓彦范的官员周利贞，是武三思的亲信，他在途中将桓彦范绑在竹筏上，拖着竹筏在荆棘丛生的滩涂上行走，桓彦范的皮肉被荆棘刮得血肉模糊，奄奄一息。周利贞见他未死，又命人将他杖打，最后割下他的首级。敬晖则被周利贞抓住后，直接被杖打致死。袁恕己被流放后，周利贞强迫他喝下野葛汁（一种剧毒植物汁液），袁恕己喝下后毒性发作，痛苦不堪，用手抓挠地面，指甲都脱落了，最终惨死。崔玄暐在流放途中病逝，张柬之则在流放地忧愤而死。至此，“五王”全部遇害，武三思彻底清除了朝中的反对势力。
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。