契丹，居住在潢水（今内蒙古西拉木伦河，又称土护真水、饶乐水）以南，黄龙县（今地不详，约在今北京市以北）以北，其游牧范围东与高丽相邻，西与奚人接壤，南到营州（今辽宁省朝阳市），北到室韦。契丹分为八部，共有兵力四万三千人，经常与奚人相斗。太宗时，以其部落酋长窟哥为左监门大将军，又有契丹别部酋长孙敖曹，其曾孙就是孙万荣，垂拱初年被封为右玉钤卫将军、归诚州刺史、永乐县公，而李尽忠就是窟哥的后代。
孙万荣和妹夫李尽忠的部落都驻扎在营州城外，营州都督赵文翙刚愎自用，把契丹酋长们视同自己的奴仆，对契丹人死活不管不问，让孙万荣和李尽忠二人非常不满，遂决心率众起兵反叛。
五月二十五日，武曌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大将前去讨伐。七月十一日，武曌再以春官尚书武三思为榆关道（今河北省北部）安抚大使，以姚璹为副大使，以防备契丹。武曌又把李尽忠改名为李尽灭，孙万荣改名为孙万斩。
不久，李尽灭就自称为无上可汗，以营州为据点，命孙万斩为前锋，攻城略地，所向披靡，不到十余日，二人以拥有数万大军，南下包围了檀州（今北京市密云区），清边前军副总管张九节将其击退。
契丹人攻克营州后，将数百名俘虏打入地牢，派霫人看管。等到听说周军将至，就让霫人谎称：“我们的家眷都是饥寒交迫，挣扎在死亡线上，只等官军前来，我们就会投降。”而后，契丹人又把这些俘虏从地牢中放了出来，对大家说：“我想养活你们，可是却没有粮食；要杀了你们，又于心不忍，还是放你们各自逃生去吧！”这些俘虏逃回幽州后，将他们听到的情况一五一十地给周军将领们都说了，于是，各军将领都非常轻敌，争先恐后率部杀入敌境。各军推进到黄麞（zhang）谷（今河北省卢龙县），契丹人又故意将老牛瘦马弃之路边，还派老人小孩迎接大军。
曹仁师、张玄遇、麻仁节三将丢下步兵，率领骑兵轻装北进。契丹人早已在他们的必经之地硖石谷（今河北省卢龙县）设下了天罗地网，八月二十八日，当他们进入谷中后，契丹伏兵拦腰杀出，用套马索将张玄遇和麻仁节生擒活捉，周军将士的尸体填满了山谷，很少有逃脱的。契丹人缴获了周军的军印，伪造了一封军书，让张玄遇等人签字，内容指示后面的步兵总管燕匪石、宗怀昌等人，称：“官军已经击破敌人，你们如果等到我们到达营州后才抵达，将领一律斩首，士兵不再记功！”燕匪石等人接到军书后，只得命令部队昼夜兼行，顾不得吃饭睡觉，跑得人困马乏。契丹人早已在半路上设下埋伏，周军后继部队再次重蹈覆辙，全军覆没。
周军惨败，让武曌大惊失色。九月，她下制称：“全国监狱中的囚犯以及官府中的奴仆，有特别骁勇的，囚犯释放，奴仆由官府出钱赎出，从军讨伐契丹。”允许山东各州自行组建地方骑兵队伍，又以同州刺史、建安王武攸宜为右武威卫大将军，兼任清边道行军大总管，前去讨伐契丹；以右拾遗陈子昂为武攸宜的参谋。陈子昂上书称：“见陛下赦免天下罪人，招募各种奴仆从军，这只能算是应急之法，并非长久之计。况且，近期囚犯很少，奴仆也大多胆怯，就算让他们从军，也未必有用。另外，如今天下忠诚骁勇之士没有用上万分之一，契丹不过是些残渣余孽，何必如此，有损帝国声望！”
就在契丹捣乱的同时，东突厥和吐蕃也来凑热闹了。
九月十八日，东突厥军队在西线进攻凉州（今甘肃省武威市），活捉都督许钦明。许钦明是唐初功臣许绍的曾孙，当时，他到出城巡视，东突厥阿史那默啜率领数万大军突然来到城下，许钦明众寡不敌，激战良久，终于被俘。在攻下凉州之后，阿史那默啜押着许钦明，又挥师东进，进抵灵州（今宁夏自治区灵武市）城下，命许钦明劝说城中投降。许钦明朝城内大喊道：“敌人没有吃的，城内有好吃的酱，讨要两升，梁米要二斗，黑墨一梃。”当时，敌人扎营的地方四面有河，只有一条退路，许钦明的意思是让城内守军趁夜挑选精兵良将出城偷营，但城内竟然无人明白他的意思。
许钦明的哥哥许钦寂时任龙山军讨击副使，与契丹在崇州（今辽宁省凌源市西北）作战，也战败被俘了。契丹叛军将要包围安东（即安东都督府治所新城【今辽宁省抚顺市西北】），命许钦寂劝降，许钦寂对城内的安东都护裴玄珪说：“狂贼定会受到上天的惩罚，旦夕就要灭亡，大人只需严加戒备，为国尽忠！”契丹人遂杀害了许钦寂。
阿史那默啜一边侵扰大周边境，一面玩弄两面派手法，又派人前来，请求当武曌的干儿子，还替自己的女儿求婚，并答应把河西归降突厥的百姓全部还给周朝，愿意帮助周朝讨伐契丹。武曌派遣豹韬卫大将军阎知微（阎立德之孙、阎立本侄孙）、左卫郎将摄司宾卿田归道（贞观时左武侯中郎将田仁会之子）前往东突厥，册封阿史那默啜为左卫大将军、迁善可汗。
与此同时，吐蕃也派人前来要求和亲，武曌派遣右武卫胄曹参军郭元振前去接洽。郭元振是魏州贵乡人，进士出身，担任通泉（今四川省射洪县）县尉。在任期间，他执法犯法，抢掠贩卖所属部众，送给宾客。武曌听说后，把召回京城，准备治罪，但与他一番交谈后，对他十分欣赏，就授予他右武卫胄曹参军一职。
吐蕃大将论钦陵提出的条件是：大周撤去安西四镇的驻军，并把西突厥十姓的土地分一半给吐蕃。郭元振回答：“安西四镇和西突厥十姓之地原本也不是吐蕃的土地，如今，要求我们撤去四镇的驻军，难道你们是想吞并那里吗？”论钦陵说：“我们吐蕃要是贪图土地、要骚扰你们的话，就会向东进攻甘州、凉州，怎么会要万里之外的土地呢？”于是，他派遣使者随郭元振一起来到了洛阳。