《蔡文姬》首演2个月之后，1959年7月，郭沫若游览洛阳龙门石窟。令他印象深刻的是武则天用自己的脂粉钱捐资修建的奉先寺石窟，这一窟在整个石窟群中是规模最大的。郭沫若认为，武则天对于中国文化确实有贡献，很多评论历史的人贬低武则天，这是出于偏见。于是，他萌生了再写一部关于武则天的历史剧的念头。

为了写好这部剧，郭沫若首先下功夫研究史料。他翻阅了《旧唐书》《新唐书》《资治通鉴》《全唐诗》《唐文粹》《唐诗纪事》等书中关于武则天的记载。对于近人的研究成果和艺术作品，郭沫若也没有遗漏，一一拿来阅读，比如宋之的所写的话剧《武则天》和上海越剧团的越剧《则天皇帝》等。

他发现，有的剧本着重写男女关系，而且剧情多是虚构，把武则天塑造成一个失败者。郭沫若的写法颇为不同，他要写真实人物，因此选择了武则天执政的稳固时期发生的徐敬业叛乱，以此作为剧本的中心事件。同时，郭沫若也发挥了自己的想象力，在他的笔下，武则天是一个同情弱小、厌恶权贵的人。

剧本完稿后，为了近距离感触武则天，郭沫若又游览了唐高宗与武则天的合葬墓——乾陵，看到了那块著名的无字碑。无字碑据说是根据武则天的遗言所立，她想让自己的功过由后人评价。郭沫若感慨万千，写下了三首诗，诗中写道：“岿然没字碑犹在，六十王宾立露天。冠冕李唐文物盛，权衡女帝智能全。”

《武则天》演出一百场时，周恩来与郭沫若、于立群、焦菊隐和演员们合影

郭沫若广泛听取各方面对《武则天》剧本的意见，与导演和演员共同推敲舞台细节。慢工出精品，1962年6月，这部历史剧终于与首都观众见面了。在《武则天》成功演出一百场时，周恩来总理亲自到场祝贺，并与郭沫若及演员们留下了珍贵的合影（如图）。