去利州貞觀元年十二月，利州都督李孝常因入朝留京師，與右武衛將軍劉德裕及其外甥統軍元弘善、監門將軍長孫安業互說符命，圖謀以宿衛兵發動叛亂，結果被殺。孝常死後，他的部下在利州很不安定。太宗遍訪群臣，以為武士可以收拾局麵，就任命他為利隆始靜西龍等六州諸軍事、利州都督。
利州前接關表，後據劍門，自古為兵家必爭之地。治所綿穀(今四川廣元市)，隔嘉陵江與烏龍山相望，山青水秀，頗具巴蜀風景之趣；但遠離京師，比較偏僻。武士受命之後，帶著妻女，踏棧道，越劍閣，於貞觀二年初風塵仆仆地來到綿穀。根據當地的具體情況，武士采取寬仁政策，招撫叛亡，賑濟貧乏。不久即大見成效，境內逐步安定。太宗下製褒美，增封邑五百戶，並賜珍物服玩之類，以示恩寵。
武士當了四年利州都督，武則天也在利州度過了四個春秋。五歲，六歲，七歲，八歲，孩提時代的武則天是多麼喜歡這個山青水秀的蜀鄉啊!她喜愛蜀鄉，蜀鄉的人們也喜愛她。後來利州一帶產生的關於武則天的許多傳說如“則天壩”、“天後梳洗樓”等就說明了這一點。江潭感孕和袁天綱相麵也是兩個比較重要的傳說。
江潭感孕，是說有一天武士之妻楊氏在州治附近的黑龍潭裏蕩舟自娛，突然她感到溉龍來到她身邊，回家後就有了身孕，生下了武則天。龍是什麼東西，恐怕我們誰也沒有見過。感龍而孕，在今人看來是不可思議的。但古人卻不這樣認為。武則天後來當了皇帝，他們對這種情況無法解釋。在他們的腦海裏裝的是簡狄吞玄鳥之卵以生夏契，薑踐巨人之跡而誕周稷。“龍種自與常人殊”嘛。既然武則天當過真龍天子，那必然與龍有關。她母親來過利州，利州又有黑龍潭。這樣，利州出現江潭感孕的說法並代代相傳就不奇怪了。顯然，這一傳說多少反映了人們對女皇的推崇，但將它當成信史則是很荒謬的。
袁天綱相麵，說的是袁天綱給武則天相麵的事：武士當利州都督時，相麵專家袁天綱受召進京，途經利州，見到士夫婦。袁給楊氏看了脈相，說：“夫人當生貴子。”士把兒女叫來，讓袁細看。袁天綱先看了元慶和元爽，說：官至刺史，但不得善終。接著看武則天的姐姐，說：將大富大貴，但不利其夫。時武則天甚小，尚在繈褓之中，穿著男孩服裝。袁天綱見而大驚，預言：此郎君龍睛鳳頸，長相非凡，是貴人中最尊貴的；若是女子，日後將成為天下之主。這一傳說流傳甚廣，《冊府元龜》卷860《總錄·相術》、《新唐書》卷204《方技》、《舊唐書》卷191《方伎》、《太平廣記》卷224等均有記載，似乎確有其事。然而仔細考察，實際不然。袁天綱確是當時有名的術士，但最早反映袁氏事跡的專著《袁天綱外傳》和《定命錄》中並沒有提到給武則天相麵的事。因此，宋人吳曾對這一傳說表示懷疑，不是沒有道理的。
去荊州武則天八歲那年，也就是貞觀五年(631)，武士改任荊峽澧朗嶽果鬆等七州諸軍事、荊州都督。貞觀六年春，武士全家又來到了荊州(今湖北江陵)。
荊州地處長江中遊，“東連吳會，西通巴蜀，利盡南海，北據漢沔”，屬長江重鎮，“人多剽悍”，號稱難治。武士到州後，嚴懲貪殘，省刑約法，傳播“禮義”，勸課農桑。據說貞觀六年大旱，武士親往長沙寺，迎阿育王像，祈雨行道七日，果然老天睜眼，大降甘露。天降瑞雨，並不是由於武士的虔誠，也不是由於阿育王的法力。但武士能在大旱傷稼之際祈雨七日，在當時是甚得民心的。由於武士勤勤懇懇，方法得當，因而取得了不少的政績。唐太宗特下書褒獎：“公比潔冬水，方思春日。奸吏豪右，畏威懷惠。善政所暨，祥祉屢臻。白狼見於郊垌，嘉禾生於壟畝。其感應如此。”
在武士擔任荊州都督期間，武則天母女表現得非常活躍。後來，甚至在靠近太平洋北部灣的欽州，都有關於他們的傳說，並予以紀念。宋人周去非記載：“廣右人言武後母本欽州人。今皆祀武後也。冠帔巍然，眾人環坐。所在神祠，無不以武為尊。巫者招神，和曰武太後娘娘，俗曰武婆婆也。”
回並州貞觀九年(635)五月，太上皇李淵謝世。武士在荊州哀悼成疾，嘔血而死。當時，武則天隻有十二歲。武士的靈柩在長沙大崇福觀裏放了七個月。唐太宗認為武士是忠孝之士，並追贈禮部尚書，令官辦喪事。貞觀九年十二月，武則天兄妹護送著武士的靈車，長途跋涉，回到並州(治所晉陽，在今山西太原市西南)故裏，在並州大都督英國公李的監護下埋葬了他們的父親。
從此，武則天一家開始了孤兒寡母的悲涼生活。武則天在童年時代，一直隨父母奔波，幾乎遊遍了小半個中國。揚州的煙花，豫州的綠野，利州的山水，荊州的競帆，並州的飛雁，都在她的腦海裏留下了深刻的印象，陶冶了她的情操，培養了她的氣魄。這是同時代的同齡人很少享受的美事。
武士夫婦與武則天朝夕相處。士為人忠厚，性情開朗，通曉兵法，懂得為官之道；楊氏篤信佛教，富有個性，熟悉經史，能寫善畫。這無疑會對武則天產生潛移默化的作用。此外，士曾經經商，楊氏未曾生男，傳統觀念較少，不甚重男輕女。因此給武則天傳授文化知識也是情理中的事。這在同齡人中也是不多見的。
由於缺乏記載，我們無法弄清武則天童年都幹了些什麼。但從現有材料推斷，她不是像普通官僚的女兒那樣深居閨房，學做家務之事，而是比較“開放”，閱讀過文史書籍，學習過書畫、音樂、舞蹈等等。
武則天的童年，就是在這樣的時代、這樣的家庭環境裏度過的。她沐浴唐初的風雲，跟隨父親的足跡，由一名天真無邪的小孩，成長為一位婷婷玉立的少女。曆史將為她安排怎樣的前程，當時她連想都不曾想過。