上元二年(675年),李治患的风眩症更厉害了,便与大臣们商议,准备让武则天摄政。宰相郝处俊谏道:“陛下奈何将高祖、太宗的天下,不传给子孙而委任给天后啊!”李治因而暂时停议。武则天得知后,就召集了召集大批文人学士,大量修书,先后撰成《玄览》、《古今内范》、《青宫纪要》、《少阳正范》、《维城典训》、《紫枢要录》、《凤楼新诫》、《孝子传》、《列女传》、《内范要略》、《乐书要录》、《百僚新诫》、《兆人本业》、《臣轨》等书。且密令这批学者参决朝廷奏议,以分割宰相的权力,被当时的人称作“北门学士”。同年,太子李弘病逝,改立李治与武则天的二子李贤为太子。
调露二年(680年),李贤因谋逆罪被废为庶人,流放巴州。因此,又立了三子李显为太子。
永淳二年(683),李治驾到奉天宫,当时武则天从封泰山以后,劝李治封禅中岳。李治因患病而终止。李治苦于头痛不可忍耐,侍医秦鸣鹤道:“刺头微微出血,可以治愈。”武则天在帷帐中说道:“此医可斩首,想要在皇上头上刺出血来吗!”李治说:“我苦于头痛,出血未必不好!”侍医就用针刺百会,李治道:“我的眼睛看见了。”不久,诏命皇太子李显代理国政,裴炎、刘齐贤、郭正一等人在东宫任同平章事。李治从奉天宫回东都,病得很厉害,宰相以下大臣都不能晋见。同年十二月,李治驾崩,临终遗诏:太子李显于柩前即位,军国大事有不能裁决者,由天后决定。四天以后,李显即位,是为唐中宗,尊武则天为皇太后。