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。
