唐高宗儀鳳年間，狄仁傑升任大理丞，他剛正廉明，執法不阿，兢兢業業，一年中判決了大量的積壓案件，涉及到一點七萬人，無冤訴者，一時名聲大振，成爲朝野推崇備至的斷案如神、摘奸除惡的大法官。狄仁傑還敢於犯顏直諫。儀鳳元年，武衛大將軍權善才誤砍昭陵柏樹，唐高宗大怒，命令將其殺死。狄仁傑上奏罪不當死，唐高宗疾言厲色的說：「善才斫陵上樹，是使我不孝，必須殺之！」狄仁傑神色不變，據法說理：「犯言直諫，自古以爲難。臣以爲遇桀、紂則難，通堯、舜則易。今法不至死而陛下特殺之，是法不信於人也，人何措其手足！」終於迫使高宗改變了主意，赦免了權善才的死罪。
不久，狄仁傑被任命爲待御史，負責審訊案件，糾劾百官。任職期間，狄仁傑格守職責，對一些巧媚逢迎、恃寵怙權的權要進行了彈劾。左司郎中王本立恃恩用事，朝廷畏之。狄仁傑毫不留情的揭露其爲非作歹的罪行，請求交付法司審理。唐高宗想寬容包庇王本立，狄仁傑以身護法，王本立最終被定罪，朝廷肅然。後來，狄仁傑官遷度支郎中，唐高宗準備巡幸汾陽宮，以狄仁傑爲知頓使，先行佈置中途食宿之所。幷州長史李衝玄徵發數萬人別開御道，狄仁傑堅決反對，免除了幷州數萬人的勞役。唐高宗聞之讚歎說：「真大丈夫矣！」
武則天垂拱四年，博州刺史李衝起兵反對武則天，豫州刺史越王李貞起兵響應，武則天平定了這次宗室叛亂後，派狄仁傑出任豫州刺史。當時，受越王株連的有六、七百人在監，籍沒者多達五千人。狄仁傑深知大多數黎民百姓都是被迫在越王軍中服役的，因此，上疏武則天建議特赦這批死囚，改殺爲流，安撫了百姓，穩定了豫州的局勢。
狄仁傑的才幹與名望，逐漸得到武則天的讚賞和信任。天授二年，狄仁傑開始了他短暫的第一次宰相生涯。身居要職，狄仁傑謹慎自持，從嚴律己。一日，武則天對他說：「卿在汝南，甚有善政，卿欲知譖卿者乎？」狄仁傑謝曰：「陛下以臣爲過，臣當改之；陛下明臣無過，臣之幸也。臣不知譖者，併爲善友。臣請不知。」武則天對他坦蕩豁達的胸懷深爲歎服。
狄仁傑官居宰相，參與朝政之時，武承嗣顯赫一時，他勾結酷吏來俊臣誣告狄仁傑等大臣謀反，將他們逮捕下獄。後來武則天弄清楚狄仁傑的冤情，下令釋放此案七人，俱貶爲地方官。狄仁傑被貶爲彭澤令。在彭澤令任內，狄仁傑勤政惠民。赴任當年，彭澤乾旱無雨，百姓無糧可食，狄仁傑上奏疏要求朝廷發散賑濟，免除租賦，救民於饑饉之中。萬歲通天元年十月，契丹攻陷冀州，河北震動。爲了穩定局勢，武則天起用狄仁傑爲與冀州相鄰的魏州刺史。狄仁傑到職後，讓百姓返田耕作。契丹部聞之引衆北歸，使魏州避免了一次災難。當地百姓歌誦之，相與立碑以記恩惠。不久，狄仁傑升任幽州都督。
武則天爲了表彰他的功績，將他招回朝中，恢復了宰相職務。此時，狄仁傑已年老體衰，力不從心。但他深感責任重大，仍然盡心竭力，在國家的社會政治生活中發揮了巨大的作用。
聖曆元年，狄仁傑以政治家的深謀遠慮，勸說武則天順應民心，還政於廬陵王李顯。武則天聽從了狄仁傑的意見，親自迎接李顯回宮，立爲皇嗣，唐祚得以維繫。狄仁傑因此被歷代政治家、史學家稱爲有再造唐室之功的忠臣義士。
作爲一名精忠謀國的宰相，狄仁傑很有知人之明，也常以舉賢爲意。一次，武則天讓他舉薦一名將相之才，狄仁傑向她推舉了荊州長史張柬之。後來張柬之被武則天升爲宰相，爲匡復唐室作出了巨大的貢獻。狄仁傑還先後舉薦了桓彥範、敬暉、竇懷貞、姚崇等數十位忠貞廉潔、精明幹練的官員，他們被武則天委以重任之後，政風爲之一變，朝中出現了一種剛正之氣。後來，這些人都成爲唐代中興名臣。由於狄仁傑有知人之明，有人對狄仁傑說：「天下桃李，悉在公門矣」。狄仁傑回答： 「舉賢爲國，非爲私也」。
在狄仁傑爲相的幾年中，武則天對他的信重是羣臣莫及的，她常稱狄仁傑爲「國老」。狄仁傑喜歡面引廷爭，武則天「每屈意從之」。久視元年，狄仁傑病故，朝野悽慟，武則天哭泣着說「朝堂空也」。贈文昌右丞，諡曰文惠。
狄仁傑作爲一個傑出的政治家，每任一職都心繫民生、剛正廉明，政績卓著。在他身居宰相之位後，輔國安邦，對武則天弊政多有匡正。狄仁傑在上承貞觀之治、下啓開元之治的武則天時代，作出了卓越的貢獻。
