在经历了一系列触目惊心的宫廷政变后，李旦心灰意懒，终日徘徊于文房四宝中，但唐中宗李显被皇后韦氏和女儿安乐公主合谋毒死的突发事件，又把他逼上前台。公元710年，韦后与安乐公主毒死唐中宗，阴谋拥立中宗少子温王李重茂为皇太子，准备效法武则天，篡夺唐室江山，做第二代女皇帝。李旦的第三个儿子李隆基与姑母太平公主密谋讨逆，由李隆基带兵杀入宫中，将韦后、安乐公主及党羽亲信一网打尽，拥立李旦为帝。李旦第二次登上了皇帝的宝座。
李旦登基以后，在太子李隆基和姚崇、宋等名臣的辅佐下，倒也作出些政绩。他下令裁减冗官，整修纲纪，使朝政呈现出一派振兴气象。
但是，这种好景并没有持续很久，被连续不断的宫廷政变耗尽豪情的李旦，已经没有进取精神，励精图治，而是当一天和尚撞一天钟，让窦怀贞、肖至忠、岑羲等奸佞小人掌管朝政，这四个人都投靠了太平公主，成为太平公主的党羽。朝政在他们的把持下，在短短一年中，又将李旦好不容易出点雄心壮志做出的些许功绩，又全给予恢复了。
同是一个李旦，前后判若两人，关键在用人方面。李旦即位的第一年，主要是听太子李隆基的话，任命名臣姚崇、宋等人为宰相，因此使朝政出现了振兴气象。第二年，他又偏向太平公主，任用奸臣窦怀贞、肖至忠、岑羲等人为宰相，结果导致了朝政的腐败和混乱。
太子党和公主党先后把持朝政，李旦的精力也只能用在平衡李隆基和太平公主之间的矛盾，可他这个无所为皇帝的驭人之术实在低微，不但没有化解矛盾为自己所用，反而让两党之间的矛盾日趋激化，愈演愈烈。
李旦既对做皇帝没有兴趣，又无法调和太子和公主之间的矛盾，因此想及早禅位，做一个安逸宁静的太上皇。公元712年，李旦终于下定决心，将皇位让给儿子李隆基，从这一点来看，在儿子李隆基和妹妹太平公主之间，他的天平还是偏向了李隆基。当然，如果李隆基即位做皇帝，无疑是太平公主在政治上的重大失败，使太平公主对李隆基更加痛恨，总想找机会除之而后快。到了公元713年，李隆基和太平公主之间的斗争白热化，双方都在聚集力量，准备发动政变。最后，李隆基先发制人，迅速扑灭了太平公主及其全部党羽的势力，完全控制了中央政权。
李旦此后也深居宫中，潜心于研究书法和文字训诂，两年后便因病死去。