自与张六郎相谑,被武则天斥退后,上官婉儿已知不得再近禁脔,但毕竟春心已动,黑夜难熬,遂与常在宫中值宿的武三思勾搭成奸,二人虽年龄不相当,但因武三思生得颀皙,枕席工夫了得,能解决女人的生理饥渴,上官婉儿也就乐在其中了。
神龙元年(公元705年),张柬之等拥护李唐宗室的大臣发动神龙政变,武则天被迫退位。神龙政变后,唐中宗李显复辟,纳上官婉儿为妃,先封为婕妤,后又拜为昭容,并令其专掌起草诏令;此后上官婉儿深得李显与韦皇后信任,专秉内政;其祖父一案也得平反,祖父上官仪被追赠为中书令、秦州都督、楚国公,父亲上官庭芝被追赠为黄门侍郎、岐州刺史、天水郡公,母亲郑氏被封为沛国夫人。
上官婉儿与韦皇后、安乐公主往来密切,屡次劝说韦皇后行武则天故事,并向韦皇后推荐老相好武三思,遂使韦皇后与武三思恣意淫乱后宫;可笑的是中宗李显也开始信任武三思,常与武三思商议政事。于是,张柬之等人从此都受到了武三思的遏制。
不久,武三思依靠韦皇后和安乐公主等人的支持,相继设计贬杀了神龙政变功臣张柬之、桓彦范、敬晖、袁恕己和崔玄暐等五王,权倾人主,不可一世。上官婉儿虽将武三思推荐给了韦皇后,但自已仍与其私通,并在所草诏令中,经常推崇武氏而排抑皇家,致使太子李重俊(非韦后子)常受武家及安乐公主侮辱,这让太子气愤不已。
景龙元年(公元707年)七月,李重俊与左羽林大将军李多祚等,矫诏发动羽林军三百余骑,杀武三思、武崇训于其府第,并诛其亲党十余人,又引兵从肃章门斩关而入,叩击阁门搜捕上官婉儿。上官婉儿急忙逃至李显和韦皇后处,扬言说:“观太子之意,是先杀上官婉儿,然后再依次捕弑皇后和陛下。”李显和韦皇后一时大怒,遂带着上官婉儿和安乐公主登上玄武门躲避兵锋,并令右羽林大将军刘景仁率飞骑二千余人,屯太极殿前,闭门自守。后李重俊兵败被杀。