唐太宗晚年，为太子的问题而烦恼，太子李承乾与魏王李泰内斗，结果太子与魏王都被废掉，最后立第九子晋王李治为太子。唐太宗死后，李治即位，是为唐高宗。在即位之初，他继续执行唐太宗制订的各项政治经济制度，与长孙无忌、褚遂良等共同辅政。他们君臣都牢记太宗的遗训遗嘱，奉行不渝太宗训令纳谏、爱民。

唐高宗即位时即对群臣宣布：“事有不便於百姓者，悉宜陈，不尽者更封奏。 ”并日引刺史入阁，问以百姓疾苦；太宗训令崇俭，唐高宗即召令：“自京官及外州有献鹰隼及犬马者罪之。”  唐高宗君臣们萧规曹随，照唐太宗时法令执行，故永徽年间，边陲安定 ，百姓阜安 ，有贞观之遗风，史称“永徽之治”。另外，他在位期间，唐朝的领土最大。

武周时期

唐高宗中期以后，政权逐渐由皇后武则天掌握。武则天原为太宗时期的才人，唐太宗死后被唐高宗招入宫中。她在权力斗争中获胜，被立为皇后，史称“素多智计，兼涉文史” 。660年，唐高宗因身体原因，让武则天处理朝政，武则天因此与唐高宗并称“二圣” 。唐高宗去世后，太子李显即位，是为唐中宗。因为与唐中宗不合，武则天不久将其废为庐陵王，改立四子李旦为帝，是为唐睿宗。武则天平定徐敬业的反叛后，于690年废唐睿宗，即皇帝位，改国号为周，即武周，定都洛阳（号称神都），降李旦为皇嗣，成为中国历史上唯一的女皇帝。  在武则天掌权与称帝期间，因其佞佛要求天下各州修建大云寺而侵占小农土地，导致府兵制赖以生存的均田制遭受破坏；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。

神龙元年（705年），敬珲和宰相张柬之等发动神龙政变，逼迫武则天退位，拥立唐中宗复位，恢复了李唐社稷，李旦被立为相王。唐中宗却一直受到韦皇后、女儿安乐公主和武后的旧有党羽武三思等人的影响，张柬之和敬珲等人先后被流放或诛杀。韦皇后有意成为第二个武后，安乐公主则曾要求被立为皇太女。在景龙四年（710年）韦皇后和安乐公主合谋毒杀唐中宗，韦皇后立温王李重茂为帝，是为少帝（也称唐殇帝），并欲加害相王李旦。李旦之子，当时是临淄王的李隆基在姑母太平公主协助下发动唐隆政变，诛杀韦皇后、安乐公主及武氏残余势力，拥立李旦复位。

开元盛世

睿宗复位后，其妹太平公主与太子李隆基发生权力之争。延和元年（712年），唐睿宗让位于李隆基，是为唐玄宗。次年，唐玄宗将太平公主赐死，党羽或杀或逐，结束政斗，同年改元开元。

各版开元疆域图李隆基铲除政敌后，开始整顿武周以来的弊政，政治上提拔姚崇、宋璟、张嘉贞、张说、李元纮、杜逻、韩休、张九龄等贤臣为相，整饬腐败的吏治 建立考察制度 ，精简官僚队伍裁减冗官 ，设采访使发展节度使制度，导致地方权力增大；经济上推崇节俭、抑制佛教，并恢复武周以来荒废的义仓制度 ，又通过括户等手段缓解土地兼并导致的逃户问题 ；军事上改府兵制为募兵制，并兴复日益衰落的马政 。对外收复了武周时期沦陷于契丹的辽西营州 ，及唐睿宗时期割让给吐蕃的黄河九曲之地 ，并再次降服契丹、奚、室韦、靺鞨等民族 ，西域方面吞并大小勃律 且攻灭突骑施 ，塞北方面降服复国的后突厥 ，后又扶持回鹘剪灭后突厥 。

在唐玄宗励精图治的治理下，唐朝进入盛世 ，史称“开元盛世” ，被认为是继孝宣中兴之后中国历史上出现的第二次鼎盛局面，首都长安城是世界最大的城市，也是世界上第一个人口过百万的大城市。

安史之乱

唐玄宗改元天宝后，承平日久，国家无事，唐玄宗丧失向上求治的精神，志得意满，开始放纵享乐，从此少问国事。在纳杨玉环为贵妃后，更加沉溺酒色。唐玄宗任用有“口蜜腹剑”恶名的李林甫为宰相长达十八年， 使得朝政败坏。李林甫死后又以杨国忠为相，此时期又开始出现了宦官干政的局面，高力士的权势炙手可热。 唐玄宗好大喜功，为此边境将领经常挑起对异族的战事，以邀战功。又由于当时兵制由府兵制改为募兵制，使得节度使与军镇上的士兵结合在一起，就出现了边将专军的局面。 其中以胡人安禄山最著。安禄山掌握重兵，在天宝十四年（755年）十一月趁唐朝政治腐败、军事空虚之机和史思明发动叛乱，次年十二月叛军攻入首都长安，史称“安史之乱”。 唐玄宗逃到成都，太子李亨在灵武称帝，是为唐肃宗，唐玄宗被遥尊为太上皇。安禄山则自称大燕皇帝，年号圣武。经过8年时间这场叛乱才被平定。