Năm Trinh Quán thứ 11 (637), tháng 11, Đường Thái Tông nghe nói Võ thị có tiếng xinh đẹp nên triệu Võ thị vào cung, phong làm Tài nhân, cấp bậc thứ năm trong chín bậc thuộc hậu cung[15][19][20]. Lúc đó, mẫu thân bà là Dương thị than khóc không thôi, bà cố gắng an ủi mẹ mình: "Cớ chi mẫu thân lại bảo gặp được Thiên tử không phải là phúc phận của con"[21]. Qua lời an ủi đó, Dương thị đoán ra được chí lớn của con mình, nên thôi không khóc nữa.

Khi vào cung, Võ thị được Đường Thái Tông ban cho chữ [Mị: 媚] làm tên, vì thế người ta cũng thường gọi bà là Võ Mị (武媚)[19][22]. Và tuy đời sau lại thường gọi thành [Võ Mị Nương], nhưng đương thời không thấy ai gọi như vậy. Võ Tài nhân vào cung, bà cùng Yến Đức phi, Dương Tiệp dư cùng Sào Lạt vương phi Dương thị của Thái Tông đều có họ hàng bên ngoại. Võ thị tuy có vài lần được ngự hạnh nhưng nói chung là không được Đường Thái Tông sủng ái[23].

Sử sách ghi chép rất ít về những hành trạng của bà trong thời gian này. Sách Tư trị thông giám dẫn lời của Võ thị khi về già, kể về một sự tích thuần phục ngựa như sau:

"Thái Tông hoàng đế có một con ngựa do Tây Vực tiến cống, tên là Sử Tử Thông. Con ngựa đó rất cao to và dữ dằn, không chịu cho ai cưỡi trên lưng cả. Lúc đó trẫm chỉ là cung thiếp hầu hạ, đã bảo rằng: "Thần thiếp chỉ cần ba thứ để trị nó: Trước hết dùng roi sắt mà đánh nó bắt khuất phục; nếu không chịu thì dùng búa sắt đánh vào đầu nó; còn nếu dùng búa sắt đánh vẫn không được thì dùng dao đâm chết nó đi, vì thứ không trị được thì để làm gì?" Thái Tông hoàng đế vẫn khen ta vì việc đó. Nay ông tự thấy có đáng làm bẩn con dao găm của ta không"?[24].

Năm Trinh Quán thứ 17 (643), Đường Thái Tông phế truất Thái tử Lý Thừa Càn, lập Tấn vương Lý Trị làm Thái tử. Từ đây, Võ Tài nhân thường ở bên cạnh phụng dưỡng, hầu thuốc cho Thái Tông, liền bị Thái tử trông thấy mà say mê[25]. Năm thứ 23 (649), Đường Thái Tông qua đời. Thái tử Lý Trị lên nối ngôi, tức Đường Cao Tông[23]. Trong hơn 10 năm làm Tài nhân, Võ thị không hề sinh được một người con nào, vì thế theo di mệnh của Tiên hoàng đế, bà và tất cả các phi tần không có con khác phải cạo tóc, xuất gia làm ni cô, vào tu ở Cảm Nghiệp tự (感業寺).

Năm Vĩnh Huy nguyên niên (650), tháng 5, nhân ngày giỗ của cha, Cao Tông đến Cảm Nghiệp tự và tình cờ gặp lại bà, hai người ôm nhau mà khóc. Võ thị lúc đó đã cạo đầu song nhan sắc vẫn diễm lệ, nói năng êm tai nên tình cũ trỗi dậy, ông nảy ý rước bà về cung. Đường Cao Tông lên ngôi lúc tuổi trẻ, lại không có tài năng gì, chỉ vì hai người anh đều phạm lỗi mà mới đến lượt mình nối ngôi. Sức khỏe nhà vua lại không tốt, thường bị hoa mắt, chóng mặt, khó quản hết việc triều chính[26]. Khi ấy trong hậu cung, Vương Hoàng hậu và Tiêu Thục phi đấu đá lẫn nhau. Hoàng hậu không có con, nhận nuôi thái tử Lý Trung, còn Thục phi sinh ra Hoàng tử Lý Tố Tiết và hai Công chúa. Trông thấy Tiêu Thục phi được sủng ái, Vương Hoàng hậu ghen ghét, muốn mượn tay Võ thị giành lấy sự sủng ái của Thục phi[27], bèn xin Cao Tông cho rước về cung[28].

Năm Vĩnh Huy thứ 2 (651), tháng 5, Đường Cao Tông cáo lệnh chính thức kết thúc tang kỳ, lệnh Võ thị hoàn tục, chính thức đưa Võ thị trở lại hậu cung. Vào lúc này, Võ thị đang mang thai đứa con đầu lòng, là Lý Hoằng.