直到总章三年（670）正月，年逾古稀的刘仁轨才获得朝廷特许回国述职。
唐朝上下向来十分看重军功，刘仁轨此番回国，摆脱了数十年怀才不遇的境遇。
看到白发苍苍的刘仁轨，唐高宗激动不已，不光热情地招呼他入阁拜相，还多次委派他改修国史、出镇吐蕃、留守长安。可此时的刘仁轨已然年老体衰，他多次向唐高宗请辞，得到的却是朝廷一而再、再而三的挽留。即便唐高宗最后同意了，过段时间还是将其返聘回朝。
有别于已经去世的李义府，刘仁轨身居高位却从不打击报复他人。
刘仁轨回朝任大司宪时，从前得罪过他的监察御史袁异式，正好官居詹事丞。在唐代，詹事丞官居六品，而大司宪则是原来的御史大夫，负责纠察百官。袁异式担心刘仁轨功成名就后会学着李义府的模样给自己小鞋穿。可他没想到，刘仁轨上任的第一天就专程找他喝酒，并向他保证，自己绝对不会做出此等事情。之后鉴于袁异式的才干，刘仁轨又将其荐升为户部郎中。
刘仁轨老而弥坚，但唐高宗却愈发病笃。
为了更好地处理政务，唐高宗很早就开始培养武皇后的理政能力。然而这位在先皇唐太宗年代就位居才人的武氏，随着年龄的增长，愈发没有了往日贤妻良母的形象，反而经常临朝处理政务，一个政治女强人——武则天呼之欲出。唐高宗病笃，武则天则“借学术之名，行干政之实”，她专门找了一群儒生编撰了一部《臣轨》，里边全是教大臣们如何效忠君上的办法，以此来提高自己在朝堂上的舆论影响力。
弘道元年（683）十二月，唐高宗驾崩，遗命皇太子李显继承皇位，史称唐中宗。在此之前，武则天以躲避关中大旱之名，将病重的唐高宗从长安移出，全家迁往洛阳居住。
作为唐朝首都，长安即便没有君主坐镇，其行政的重要性依旧不容忽视，所以武则天出发前便将偌大的长安委托给刘仁轨打理。这也是武则天摆脱刘仁轨的宰相集团以及李唐宗室影响的重要举措。
此时刘仁轨已年过八旬。虽然他不忍坐视“女主当政”，但这个时候他已然明白，自己根本无法左右唐朝的政局更迭。
光宅元年（684）二月，唐中宗李显遭武则天废黜。继承李唐基业的是李显的八弟李旦。李旦上位为唐睿宗后，唐朝“政事决于太后”，而李旦本人则成了事实上的“虚位君主”，失去行动自由。
不久，武则天以太后的身份宣布改革唐朝官制，并降唐睿宗李旦为皇嗣，
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