武則天晚年，沉湎享樂，寵幸張昌宗，張易之兄弟，而張氏兄弟趁機逐漸插手干預朝政。張易之與張昌宗二人倚仗武則天對他們寵信，專權跋扈，朝廷百官都非常害怕他倆，因此他們的行為招致許多人的不滿。
李顯的兒子李重潤、女兒永泰公主兄妹倆暗地裡討論張氏兄弟專政事情時，被張易之的爪牙獲悉，張易之於是就添油加醋向武則天進讒言陷害這兄妹倆。結果這兄妹倆被逼迫自縊，連永泰郡主的丈夫、魏王武延基也被下獄逼死。這引起了武則天母子、君臣關係的緊張，武周政權也因此陷入動盪，人心不穩。
張易之、張昌宗兄弟對李顯包括其家庭構成了巨大威脅，李姓子孫再也不能容忍二張。於是，李顯、李旦、太平公主這些李姓子孫在共同的大局下，便聯合起來發起了一場政變。
705年2月20日，鳳閣侍郎張柬之、鸞台侍郎崔玄暐、左羽林將軍敬暉、右羽林將軍桓彥范、司刑少卿袁恕己聯絡右羽林衛大將軍李多祚佯稱二張謀反，率領左右羽林兵五百餘人攻入玄武門後，在一處內宮，找到了張氏二兄弟，並且斬殺了二人。隨後帶著兩人的首級又包圍長生殿，逼迫武則天退位。
同時他們逮捕了張氏兄弟同黨張昌期、張同休、張昌儀等人，將他們全部處斬；還將韋承慶、房融及司禮卿崔神慶等逮捕下獄，這下張氏兄弟的黨羽都被控制了。
年老體弱的武則天知道大勢已去，當場赦免了參與政變的眾人，同時答應：讓太子李顯攝政，掌管天下兵馬，以及朝中大小事務。正月二十三日，武則天頒下制書，決定由太子李顯代行處理國政，大赦天下。任命袁恕己為鳳閣侍郎、同平章事，派遣十位使者分別攜帶天子的璽書前往各州進行安撫工作。正月二十四日，武則天將帝位傳給太子李顯。
從此，一代女皇武則天正式退出政治舞台。並且在同年冬天，也就是神龍元年農曆十一月二十六，在上陽宮病逝，享年82歲。神龍政變它標誌著武則天政治生涯的結束。武周政權的更替讓李唐王朝提前復辟，政權重新回歸李唐王室，也回到了男人統治的時代。
政變後，張柬之被封為漢陽王、敬暉被封為平陽王、桓彥范被封為扶陽王、袁恕己被封為南陽王、崔玄暐被封為博陵王，時稱「五王」，所以，神龍政變又被稱為「五王政變」。