中宗多年来一直惶惶不安，常常晚上睡下不久，就被噩梦惊醒。每当听说武则天派使臣前来，在房陵忐忑度日，一度惶恐异常想要自杀，韦氏劝慰他说：“祸福倚伏，这是没有常理的，人哪能没有死呢，何必现在就去。”此后，李显与韦氏多年同甘共苦，情义非常深厚。李显向韦氏许愿，如果有一天重见天日，绝不会辜负她。

神龙元年(705年)，82岁的武则天病重。正月，宰相张柬之、右羽林大将军李多祚、左威卫将军薛思行等人发动神龙政变，突率羽林军五百余人，冲入玄武门，在迎仙宫杀张易之、张昌宗。这一天，相王李旦也率南衙禁兵加强警备，配合行动。

武则天无奈，先令太子监国，次日传位，隔了一天，中宗复位称帝，大赦天下。他先把弟弟相王李旦加为安国相王，拜太尉、同中书门下三品;又给妹妹太平公主加了镇国太平公主的称号，以表彰二人的拥立之功。张柬之、崔玄暐等人也加官晋爵。二月，复国号为唐，一应典制，悉复唐永淳前旧，唐朝规复。

李显复位后，马上立韦氏为皇后，又不顾大臣的劝阻，破格追封韦后之父亲为王，并让韦后参预朝政，对张柬之等功臣却不加信用。将韦后的女儿安乐公主嫁给武三思之子武崇训。封上官婉儿为昭容。教她专掌制命，负责起草皇帝的诏令，掌握生杀大权。韦后同武三思关系暧昧，韦后又十分信用儿女亲家武三思，并以此结成了一股强大的政治势力左右着朝政。李显对此也无能为力。

景龙四年(710年)五月，唐中宗李显病逝，终年55岁。葬于定陵(今陕西省富平县西北15里的凤凰山)。