在一次秘密的会议上，有人提议将政变的计划事先报告给相王。李隆基却摇了摇头，他的眼神中闪烁着坚定的光芒：“我是为了拯救社稷，为君主、父亲救急。成功了福祉归于宗庙与社稷，失败了我因忠孝而死，不连累相王。怎可以报告，让相王担心呢！”他的话语中带着一丝决绝，一丝智慧。
于是，他们决定背着相王，立即行动。
公元710年7月21日下午，李隆基、刘幽求、薛崇简、王崇晔、麻嗣宗、高力士等人穿着便服，悄然进入禁苑，来到了苑总监钟绍京的住处隐藏。钟绍京在最后关头却反悔了，他害怕了，他不愿意参与这次政变。但在他妻子许氏坚定的劝说下，钟绍京终于下定决心，他前往拜谒李隆基，决定加入这场决定命运的战斗。
入夜后，万骑果毅李仙凫、葛福顺、陈玄礼等羽林军军官都先后来到了钟绍京的住处，请李隆基发布命令。最终，他们决定在这一天发动政变。当夜二更天，李仙凫、葛福顺、陈玄礼突袭羽林营，斩韦播、韦璿、高嵩等。
葛福顺站在玄武门羽林军府衙台阶上，义正词严地高声宣布 ：“韦后毒死先帝，危害国家，今晚当共诛诸韦，身高马鞭以上的男女都杀掉，然后立相王以安天下。凡怀有二心、帮助逆党者，罪及三族！”
羽林兵士都欣然听命。策反了羽林军，葛福顺、陈玄礼带领羽林军攻入玄德门，李仙凫也引兵攻入白兽门，于三更会师于凌烟阁。
李隆基引兵进入内宫，守卫内宫的武士们纷纷倒戈响应。韦皇后在绝望中逃入飞骑营，却被斩首。
夜幕下的长安，灯火通明，街道上却异常寂静，只有急促的马蹄声和士兵的铠甲碰撞声打破了这份宁静。李隆基的命令如同一道寒光，划破了夜空，全城搜捕韦氏集团人员，凡身高高于马鞭的男性皆处死。宗楚客、安乐公主、武延秀、韦温、韦巨源、纪处讷、上官婉儿等人的名字在这场风暴中被一一抹去。
政变发生时，安乐公主正在宫中对着镜子画眉，但很快就被李隆基的部下杀死，享年二十五岁。
在李隆基率军进入宫中时，上官婉儿手执蜡烛，率领着一群宫女在宫门前迎接。她的脸色苍白，但眼神坚定，手中紧握着一份遗诏草稿。她将草稿递给刘幽求，哭诉着：“这份遗诏草稿是太平公主和我共同拟定的，我们本意是让相王辅政。”她的声音中带着一丝绝望，一丝恳求，希望这能成为她的救命稻草。
刘幽求拿着遗诏草稿，向李隆基求情，但李隆基的脸色如铁，他的声音冰冷而坚定：“今夜，任何人都不能阻挡正义的审判。”他命令士兵将上官婉儿斩于旗下，那一刹那，宫中的灯火似乎都为之黯淡。
天色渐渐亮起，第一缕阳光穿透了云层，照亮了长安城。政变成功了，李隆基赶到相王府，将政变的经过报告给他的父亲相王李旦。相王李旦紧紧抱着李隆基，泪水在他的眼眶中打转：“宗庙社稷的灾祸是你平定的，神明与百姓也都仰赖你的力量了。”
李隆基的眼神中闪烁着坚毅的光芒：“父王，现在不是说这个的时候，现在我们要抓紧找到李重茂。”他边说边拉着相王的衣袖，急匆匆地往太极宫方向走去。
李重茂此时正躲在太极宫承天门上，由李隆基安排的羽林军看护。承天门外，聚集着大量普通市民，他们都是听到了宫城内的不寻常声音后，自发聚集在这里的。
相王李旦登上城楼，拉着李重茂面向城门下的百姓，他的声音在清晨的空气中回荡：“韦皇后窥伺神器已被诛灭，百姓不要惊慌。”为了安抚百姓，他下令免除全城百姓全年赋税的一半。但那些政治敏感的人却感到了一丝不安，皇帝抚民，怎么是相王在说话？
几天后，李重茂在太平公主的教唆下，李重茂下诏将皇位传给自己的叔叔李旦。李旦因为在政变中没有任何作为，身份尴尬，所以坚辞不就。那些参与政变的人轮番上阵劝说李旦，李旦才答应做皇帝。
七月二十五日，李重茂在太平公主的挟持下上朝。因为中宗李显刚刚驾崩，还属于国丧期间，所以皇帝的御座就在东面，坐东朝西。西面就是中宗李显的梓宫，旁边还站着相王李旦。
群臣为首者就是太平公主。太平公主一见群臣各就各位，就说：“国家不安，皇帝为了稳定国家要传位相王李旦。”唐隆政变的大谋士刘幽求也适时地拿出早就写好的传位诏书宣读起来。
李重茂知道自己皇位难保，但没有想到来得这么快，当时就傻在那里。这样就形成了一个尴尬局面，传位诏书宣读完毕，新皇帝等着接班，李重茂愣是不动。太平公主当即三步两步来到御座前，对着他说道：“人心已经都归向相王。孩子，这个位置不是你的了！”一把拉住领子扔在一边，到棺材旁拉着李旦的手扶上皇位，下去率领群臣山呼万岁。
就这样，李旦重新成为唐睿宗。李重茂被废掉皇帝身份，被重新降封为温王。李隆基被改封为平王，兼殿中监，同中书门下三品、兼押左右万骑。
睿宗与大臣议立太子。按嫡长子继承制度，长子宋王李宪应为太子，但李宪坚决辞让说：“国家安则先嫡长，国家危则先有功；平王有功于国，自己决不居平王之上。”参与消灭韦党的功臣也多主张立李隆基为太子。睿宗顺水推舟，遂立李隆基为太子。
一些原本依附韦后集团的官员在政变后被罢黜或降职，而参与政变或支持李旦父子的官员则得到了晋升和任用。这是新政权建立后对官僚体系的重新洗牌和调整。
政变后，太平公主的三个儿子：薛崇简、武崇敏、武崇行，分别被封为立节郡王、忠勇郡王和义勇郡王。
姚崇被拜为兵部尚书、同中书门下三品，第二次当了宰相。
宋璟升任为吏部尚书、同中书门下三品，行宰相之职。
刘幽求代理尚书右丞之职，仍旧担任宰相，并进封银青光禄大夫、徐国公。
苏瑰因支持李旦辅政，拜进为尚书左仆射，兼宰相之职，但不久因病去世。
高力士晋封为太子太保。
此外，唐睿宗把懂军事与外交的郭元振从安西召回，征拜为太仆卿，加银青光禄大夫。
谯王李重福由均州刺史改为集州刺史。
韦安石被免去宰相之职，改授太子少保，改封郇国公。
张说因私下谒见岐王李范被姚崇弹劾，被降职为相州刺史。
崔湜被贬为华州刺史。
李峤被贬为怀州刺史，不久以年老致仕。
萧至忠贬为晋州刺史。
韦嗣立贬为许州刺史。
窦怀贞被贬为濠州司马。
郑愔自秘书少监贬为沅州刺史。
宋之问因依附二张及武三思，下诏流放钦州，后以赦改桂州。
……
同时，李旦命人将武三思父子挖开，斫棺暴尸，夷其墓碑。