Năm 705, trong triều đình, tể tướng Trương Giản Chi làm binh biến ép Võ thái hậu phải thoái vị. Bác ruột Long Cơ là Đường Trung Tông Võ Hiển, bị phế truất năm 684, được trở lại ngôi vị, tái lập nhà Đường. Những hoàng thân bị Võ Tắc Thiên đổi họ trước đây đều được đổi sang họ Lý như cũ, do đó Võ Long Cơ được đổi là Lý Long Cơ, sau nhận chức phong là Vệ úy thiếu khanh.

Giữa năm 708, Lý Long Cơ được phong làm biệt giá Lộ châu[Ghi chú 3]. Đầu năm 709, ông được đổi phong làm Ngân Thanh Quang Lộc đại phu. Sang năm 710, Long Cơ bị điều Lộ châu trở về Trường An. Lúc này bọn pháp sư ở trong cung phao tin rằng có khí thiên tử ở khu vực quanh nơi ở của Lý Long Cơ, nên Trung Tông tìm cách trấn an dư luận bằng việc đến thăm phủ đệ của Long Cơ và dùng tiệc rượu tại đây[16].

Vào cuối thời Đường Trung Tông, Vi hoàng hậu và con gái là công chúa An Lạc Lý Khỏa Nhi nắm giữ triều chính, muốn xưng Hoàng đế như Võ Tắc Thiên trước đây, nhưng Trung Tông trước sau không đồng ý. Lý Long Cơ biết thế Vi hậu rất lớn, nên cũng âm thầm chuẩn bị lực lượng, chiêu tập nghĩa sĩ để chống lại Vi hậu[21]. Do đó ông thường hay giao du nhiều văn võ sĩ, trong đội Thân quân Vạn kị[Ghi chú 4] của Trung Tông phát triển thế lực. Từ thời Đường Thái Tông, đội kị binh đã được hàng trăm, sang thời Võ Tắc Thiên được nâng lên hàng nghìn, và đến thời Trung Tông đã hàng vạn.