武則天原本想把天下傳給老武家，然而一次規模不大的營州之亂打亂了她的如意算盤。
營州之亂，是指公元696年—697年（武則天萬歲通天元年至神功元年）契丹大賀氏部落聯盟在首領李盡忠、孫萬榮的領導下，因為不滿武周政權統治而發動的一場反抗戰爭。
萬歲通天元年（696年）年初，契丹發生饑荒，廣大百姓生活無著，窮困潦倒。剛愎自用的營州都督趙文翽不但不進行賑災，反而把契丹首領看做奴僕，多次侵侮其管轄的契丹部屬。
趙文翽的行為激起了以營州契丹松漠都督李盡忠為首的契丹人的強烈不滿，李盡忠抓住唐朝內憂外患的時機，與妻兄、歸城州刺史孫萬榮等商議後，決定舉兵反抗武則天。五月十二日，李盡忠、孫萬榮起兵攻陷營州，殺死都督趙文翽。
696年（萬歲通天元年）六月二十五日，武則天派遣左鷹揚衛將軍曹仁師、右金吾衛大將軍張玄遇、左威衛大將軍李多祚、司農少卿麻仁節等二十八員將領討伐他們。
七月十一日，朝廷任命武則天的侄子武三思為榆關道安撫大使，姚璹作他的副職，以防備契丹，改李盡忠的名字為李盡滅，孫萬榮的名字為孫萬斬。
不久李盡忠自稱無上可汗，佔據營州，以孫萬榮為前鋒，攻城略地，所向披靡，僅用十天左右就擁兵數萬，進兵包圍檀州，但是被清邊前軍副總管張九節擊退。
八月二十八日，曹仁師、張玄遇、麻仁節與契丹交戰於硤石谷，幾乎全軍覆沒。
九月二十三日，李盡忠病死，孫萬榮接替了他的位置。
697年（神功元年），武則天派蘇宏暉、王孝傑率十七萬軍隊征討契丹。三月十二日，蘇宏暉、王孝傑在東硤石谷與契丹孫萬榮遭遇，因為峽谷狹窄，前面峽谷外的契丹軍隊又非常多，王孝傑便親自率領少量精銳士卒為前鋒，且戰且進，奮勇衝殺，衝出谷外，又將士兵排成方陣與敵人交戰。但是這時蘇宏暉因為敵人太多而害怕，於是逃走，後方的唐軍主力既沒有跟進更沒有來支援。王孝傑孤軍深入，寡不敵眾，墜崖身亡，他所率領的少量先鋒也全部陣亡。
四月十八日，朝廷任命武則天的另一個侄子武懿宗為神兵道行軍大總管，與右豹韜衛將軍何迦密領兵進攻契丹。五月初八，又任命婁師德為清邊道副大總管，右武威衛將軍沙吒忠義為前軍總管，領兵二十萬進攻契丹。
武懿宗領軍到達趙州，聽說契丹將領駱務整的數千騎兵將到冀州，武懿宗畏懼不顧別人勸阻倉皇向南逃跑退守相州，丟棄了大量軍用物資和武器，契丹隨後攻破了趙州。
孫萬榮打敗王孝傑後，在柳城西北四百里處憑藉險要地勢築城，留下老弱、婦女和所繳獲的武器資財，派他的妹夫乙冤羽留守，自己領精兵出兵幽州。他擔心突厥阿史那默啜從背後襲擊他，於是先後派出五個人到黑沙去拉攏阿史那默啜。其中三個先到的人對阿史那默啜說：“我方已打敗王孝傑的百萬大軍，唐朝人已經被嚇破了膽，請您與我們乘勝共同攻取幽州。”阿史那默啜聽了這個消息非常高興，賜給他們紅袍。有二人後到，阿史那默啜因為他們行動緩慢而大發雷霆，要殺死他們。這二人說：“請進一言而後再死。”阿史那默啜問為什麼，於是二人報告了契丹的真實用意。阿史那默啜於是殺死先到的三個人，賜給後到的二人紅袍，讓他們充當嚮導，包圍契丹所佔新城，三天後攻陷新城，俘虜了城裡所有的契丹人，打發乙冤羽迅速報告孫萬榮新城失守的消息。
當時孫萬榮正與唐兵對峙，聽到新城失守的消息，惴惴不安。武周神兵道總管楊玄基攻擊他前面，奚人攻擊他後面，孫萬榮的隊伍被打的四處逃竄，他只好帶著幾千輕騎向東逃走。前軍總管張九節派兵在中途截擊，孫萬榮走投無路，與家奴逃至潞水東邊，在樹林下休息。結果被家奴砍下腦袋向武周投降，他的腦袋被張九節派人送到洛陽，掛在四方館門前示眾。不久之後，武則天以李楷固、駱務整為將，率唐（周）軍攻打契丹餘黨，平定了所有契丹餘黨。
面對一個人力和物力很難與中原抗衡的對手，武則天殺雞用牛刀，而且大張旗鼓地進行討伐，其目的就是要通過擴大事件的影響，為武氏子弟創造一個建功立業的機會，為立他們接班鋪平道路。但讓武則天失望的是，武氏子弟在平叛中的表現，充分暴露了他們的無才無能，根本不足以繼承大統。所以，在來自各方面擁護李唐的壓力下，武則天也進一步認識到人心所向，如果再一意孤行，就會很危險。況且後來一次徵兵中出現了“初募兵，無有應者，聞太子（李顯）行，北郊山頭皆兵滿，無容人處” 景象，就更加說明李唐才是眾望所歸。
時隔不久，武則天只好召廬陵王李顯回都。
這場戰爭，不僅讓武周政權在軍事上付出慘重代價，而且還引發了一系列邊境問題。更為重要的是，迫使武則天在立嗣問題的態度上發生了轉變，由支持武氏轉為支持李氏，為後來李氏光復大唐政權提供了濫觴。
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