武则天原本想把天下传给老武家，然而一次规模不大的营州之乱打乱了她的如意算盘。
营州之乱，是指公元696年—697年（武则天万岁通天元年至神功元年）契丹大贺氏部落联盟在首领李尽忠、孙万荣的领导下，因为不满武周政权统治而发动的一场反抗战争。
万岁通天元年（696年）年初，契丹发生饥荒，广大百姓生活无着，穷困潦倒。刚愎自用的营州都督赵文翙不但不进行赈灾，反而把契丹首领看做奴仆，多次侵侮其管辖的契丹部属。
赵文翙的行为激起了以营州契丹松漠都督李尽忠为首的契丹人的强烈不满，李尽忠抓住唐朝内忧外患的时机，与妻兄、归城州刺史孙万荣等商议后，决定举兵反抗武则天。五月十二日，李尽忠、孙万荣起兵攻陷营州，杀死都督赵文翙。
696年（万岁通天元年）六月二十五日，武则天派遣左鹰扬卫将军曹仁师、右金吾卫大将军张玄遇、左威卫大将军李多祚、司农少卿麻仁节等二十八员将领讨伐他们。
七月十一日，朝廷任命武则天的侄子武三思为榆关道安抚大使，姚璹作他的副职，以防备契丹，改李尽忠的名字为李尽灭，孙万荣的名字为孙万斩。
不久李尽忠自称无上可汗，占据营州，以孙万荣为前锋，攻城略地，所向披靡，仅用十天左右就拥兵数万，进兵包围檀州，但是被清边前军副总管张九节击退。
八月二十八日，曹仁师、张玄遇、麻仁节与契丹交战于硖石谷，几乎全军覆没。
九月二十三日，李尽忠病死，孙万荣接替了他的位置。
697年（神功元年），武则天派苏宏晖、王孝杰率十七万军队征讨契丹。三月十二日，苏宏晖、王孝杰在东硖石谷与契丹孙万荣遭遇，因为峡谷狭窄，前面峡谷外的契丹军队又非常多，王孝杰便亲自率领少量精锐士卒为前锋，且战且进，奋勇冲杀，冲出谷外，又将士兵排成方阵与敌人交战。但是这时苏宏晖因为敌人太多而害怕，于是逃走，后方的唐军主力既没有跟进更没有来支援。王孝杰孤军深入，寡不敌众，坠崖身亡，他所率领的少量先锋也全部阵亡。
四月十八日，朝廷任命武则天的另一个侄子武懿宗为神兵道行军大总管，与右豹韬卫将军何迦密领兵进攻契丹。五月初八，又任命娄师德为清边道副大总管，右武威卫将军沙吒忠义为前军总管，领兵二十万进攻契丹。
武懿宗领军到达赵州，听说契丹将领骆务整的数千骑兵将到冀州，武懿宗畏惧不顾别人劝阻仓皇向南逃跑退守相州，丢弃了大量军用物资和武器，契丹随后攻破了赵州。
孙万荣打败王孝杰后，在柳城西北四百里处凭借险要地势筑城，留下老弱、妇女和所缴获的武器资财，派他的妹夫乙冤羽留守，自己领精兵出兵幽州。他担心突厥阿史那默啜从背后袭击他，于是先后派出五个人到黑沙去拉拢阿史那默啜。其中三个先到的人对阿史那默啜说：“我方已打败王孝杰的百万大军，唐朝人已经被吓破了胆，请您与我们乘胜共同攻取幽州。”阿史那默啜听了这个消息非常高兴，赐给他们红袍。有二人后到，阿史那默啜因为他们行动缓慢而大发雷霆，要杀死他们。这二人说：“请进一言而后再死。”阿史那默啜问为什么，于是二人报告了契丹的真实用意。阿史那默啜于是杀死先到的三个人，赐给后到的二人红袍，让他们充当向导，包围契丹所占新城，三天后攻陷新城，俘虏了城里所有的契丹人，打发乙冤羽迅速报告孙万荣新城失守的消息。
当时孙万荣正与唐兵对峙，听到新城失守的消息，惴惴不安。武周神兵道总管杨玄基攻击他前面，奚人攻击他后面，孙万荣的队伍被打的四处逃窜，他只好带着几千轻骑向东逃走。前军总管张九节派兵在中途截击，孙万荣走投无路，与家奴逃至潞水东边，在树林下休息。结果被家奴砍下脑袋向武周投降，他的脑袋被张九节派人送到洛阳，挂在四方馆门前示众。不久之后，武则天以李楷固、骆务整为将，率唐（周）军攻打契丹余党，平定了所有契丹余党。
面对一个人力和物力很难与中原抗衡的对手，武则天杀鸡用牛刀，而且大张旗鼓地进行讨伐，其目的就是要通过扩大事件的影响，为武氏子弟创造一个建功立业的机会，为立他们接班铺平道路。但让武则天失望的是，武氏子弟在平叛中的表现，充分暴露了他们的无才无能，根本不足以继承大统。所以，在来自各方面拥护李唐的压力下，武则天也进一步认识到人心所向，如果再一意孤行，就会很危险。况且后来一次征兵中出现了“初募兵，无有应者，闻太子（李显）行，北郊山头皆兵满，无容人处” 景象，就更加说明李唐才是众望所归。
时隔不久，武则天只好召庐陵王李显回都。
这场战争，不仅让武周政权在军事上付出惨重代价，而且还引发了一系列边境问题。更为重要的是，迫使武则天在立嗣问题的态度上发生了转变，由支持武氏转为支持李氏，为后来李氏光复大唐政权提供了滥觞。
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