长安年间，边境战乱再起，突厥默啜可汗屡次率军南侵、犯我边疆。长安元年（701年），突厥大举入寇，朝廷任命李旦为天兵道元帅，名义上统率全军抵御突厥。彼时武则天无意让宗室亲王手握实权兵权，故而李旦仅为名义主帅、坐镇中枢、统筹虚名，并未亲自领军出征。不久突厥劫掠退兵，边境安定，李旦随即调任左、右羽林卫大将军，执掌宫禁禁军虚名。
长安二年（702年），突厥再度进犯并州，北疆告急。李旦再度被委以重任，出任并州牧、充任安北道行军元帅，统筹北疆军事防御，后改任雍州牧，坐镇京畿重地，始终以显贵身份稳定朝堂与边境人心。
神龙元年（705年），大唐迎来复辟变局。宰相张柬之、崔玄暐等五大臣发动神龙政变，诛杀祸乱宫闱、把持朝政的张易之、张昌宗兄弟，逼迫八十二岁的武则天退位还政，拥立太子李显二次登基，是为唐中宗，李唐社稷正式复辟。
政变之中，李旦发挥了至关重要的维稳作用。他亲自统率南衙禁军，严守宫城、肃清奸党，精准捕获韦承庆、崔神庆等依附二张的奸佞党羽，彻底肃清朝堂余孽，为政变成功、社稷复辟立下赫赫功勋。
唐中宗复位后，论功行赏、大封功臣，册封李旦为安国相王，拜太尉、同凤阁鸾台三品，位列宰辅、参预核心国政，权位一时无两。
深谙功高震主、盛极必危之道的李旦，不愿身居高位、卷入朝堂新的纷争，不久后便主动上书请辞太尉官职与参政职权，低调退让、淡泊权位。唐中宗感念其贤德谦让、功勋卓著，一度想要册立李旦为皇太弟，定其为储君，亦被李旦坚决推辞，再度保全自身、安稳立身。
景龙四年六月壬午日（710年7月3日），唐中宗李显骤然驾崩，朝野震动、人心惶惶，传言为韦皇后与安乐公主联手毒杀。
中宗猝逝后，韦皇后效仿武则天旧事，拥立年仅十六岁的幼子李重茂登基，改元唐隆，史称唐殇帝。韦后以皇太后身份临朝摄政，独揽朝政大权，大肆提拔韦氏外戚、培植私党，派遣亲信掌控南北衙禁军、把持尚书省中枢诸司，步步布局、图谋篡唐自立，意图重演武周代唐的夺权之路。
彼时朝野之中，唯一能够制衡韦后势力、阻碍其篡权的，便是身为皇室叔父、功勋卓著、声望深重的安国相王李旦与太平公主。二人成为韦后篡权夺位的最大障碍，韦氏集团将其视为眼中钉、肉中刺，暗中谋划，决意斩草除根、诛杀二人。
危局之下，李旦第三子、临淄王李隆基暗中洞察时势、胸怀社稷，私下在京师招揽豪杰、结交忠勇将士，秘密积蓄力量，同时与姑母太平公主暗中结盟，密谋发动政变、诛灭韦党、匡复李唐社稷。
时任兵部侍郎崔日用本为韦后党羽，深知韦氏篡权不得人心、必败无疑，为避祸自保，暗中将韦后诛杀宗室、篡唐自立的全部阴谋密报李隆基，为政变提供了关键情报。
六月庚子日（710年7月21日），李隆基把握战机、先发制人，联合禁军将领葛福顺、李仙凫等人，打出“诛诸韦以复社稷，立相王以安天下”的正义旗号，果断发动唐隆政变。
禁军将士踊跃响应、入宫平乱，一举诛杀韦皇后、安乐公主、武氏残余党羽及所有韦氏外戚，彻底肃清祸乱朝堂的奸佞势力，终结韦后乱政的局面。
政变平定宫乱之后，李隆基即刻迎接父亲李旦入宫，辅佐幼帝李重茂、安定朝野人心。李旦携殇帝李重茂登临安福门，亲自安抚京城百姓、宣告乱党已平、社稷安稳，瞬间安定京师动荡局势。
政变之后，李隆基因定鼎社稷、诛灭奸党的盖世功勋，拜授宰相、晋封平王，全权统率万骑禁军，牢牢掌控皇城内外兵权，掌控朝堂实权。
幼帝李重茂深知自己年少无知、无权无势，且社稷再造之功尽归李旦父子，朝野人心皆归相王，遂迫于大势、主动恳请禅位于叔父李旦。
面对突如其来的帝位禅让，李旦起初极力推辞、坚守谦退本心，不愿夺权继位。后在李隆基、嫡长子李成器等诸子与文武群臣的反复劝谏、恳请之下，为安定社稷、稳固李唐基业，最终应允继位。
六月甲辰日（710年7月25日），李旦于太极殿再度登基称帝，第二次即位为帝，是为唐睿宗。登基之后，他登临承天门，大赦天下、体恤万民，改元景云，同时复封李重茂为温王，善待逊位幼帝，尽显帝王仁厚胸襟。
李旦二次登基后，朝堂迎来新的储君抉择难题。嫡长子李成器，身为皇长子、昔日皇太子，恪守嫡长礼制，拥有正统储君资格；三子李隆基，主导唐隆政变、再造社稷、功勋盖世，手握兵权、深得军心民心，是朝野公认的有功之臣。
一为嫡长、一为有功，二子皆有储君之望，让李旦一时犹豫不决、难以定夺。
关键时刻，嫡长子李成器深明大义、主动辞让储位，上奏直言：“国家安则先嫡长，国家危则先有功。如今社稷再造、乱世初平，当以功勋为先、民心为重，恳请陛下立隆基为太子，以安朝野、以稳社稷！”
以刘幽求为首的政变功臣、文武百官，亦纷纷联名上奏，全力支持李隆基入主东宫。
朝野人心所向、大义当前，李旦最终下定决心，正式册立李隆基为皇太子，为日后开元盛世的诞生奠定了根基。
李隆基被立为太子后，势力日渐强盛、威望与日俱增，逐渐掌控朝政实权，由此与太平公主产生激烈的权力冲突。
太平公主自恃拥立睿宗、参与政变有功，加之深得李旦信任，常年干预朝政、把持朝局，朝中半数官员皆出自其门下党羽。李隆基的崛起，彻底阻碍了其独揽大权、操控朝政的野心。
为保住自身权势、掌控朝堂，太平公主决意更换储君、废除李隆基。她暗中在朝野大肆散布流言，宣称李隆基并非嫡长子、继位不合礼制、无储君资格，意图动摇太子根基、败坏其声望。李旦得知流言后，公开下诏宣谕朝野、力挺太子，彻底平息流言，挫败太平公主的第一次图谋。
流言失效后，太平公主变本加厉，暗中在太子东宫安插大量耳目亲信，全程监视李隆基的言行举止、伺机罗织罪名；同时与窦怀贞等宰相重臣结党，抱团对抗太子势力，暗中密谋加害李隆基。
二者的权力矛盾日益激化、彻底公开化。太平公主甚至公然在宣政殿光范门拦截当朝宰相，暗示众臣联名劝谏皇帝、改立太子，意图以朝堂压力逼迫李旦妥协，却遭到宰相宋璟的严词驳斥，其阴谋再度落空。
景云二年二月丁丑日（711年2月23日），为化解朝堂党争、平衡皇权、稳固太子地位，李旦采纳姚崇、宋璟、张说等忠臣良相的谏言，正式下诏命太子李隆基监国，全权处理日常朝政政务。
同时为杜绝诸王干政、威胁储位，朝廷尽数削去李成器等宗室诸王的兵权与实权；为分化太平公主势力、遏制其干政野心，下诏令太平公主迁居蒲州（今山西永济），远离京师朝堂。
此举彻底触动了太平公主的核心利益，她即刻入宫面见李旦、哭诉陈情、百般哀求。素来温和心软、顾念兄妹情义的李旦，最终不忍逼迫，准许太平公主留居京师。不仅如此，为安抚其情绪，他还将忠心为国、力整朝纲的姚崇、宋璟二相贬出朝堂，导致朝堂制衡格局再度失衡，太平公主势力死灰复燃、愈发猖獗。
此后，李旦深感朝堂纷争难解、权力制衡艰难，心生倦政之意，屡次想要禅位于太子李隆基。虽因文武百官极力劝谏、以社稷未稳为由阻拦，禅位之举暂时搁置，但李旦已然彻底放权，将朝堂绝大多数政务全权交由太子李隆基处置，自己仅保留全国军务、死刑终审权、五品以上官员任免权三项核心权力，逐步完成皇权过渡。
先天元年八月庚子日（712年9月8日），天空出现彗星星象，古人视之为除旧布新、皇权更迭的吉兆。李旦顺应天象、决意禅位，正式传位于皇太子李隆基，是为唐玄宗。