Po reorganizacji ligi w 1926 r. i wprowadzeniu najwyższej klasy – Divisione Nazionale, w sezonie 1926/27 drużyna zajęła 2. miejsce w grupie B Prima Divisione (D2). W sezonie 1927/28 najpierw zwyciężył w grupie A Prima Divisione, a potem w finale również był pierwszym, zdobywając promocję do Divisione Nazionale. Jednak klub nie zatrzymał się na długo na najwyższym poziomie, po zajęciu 14 pozycji w grupie A Divisione Nazionale w sezonie 1928/29, spadł z pierwszej dywizji. W sezonie 1929/30 po podziale najwyższej dywizji na Serie A i Serie B, klub został zakwalifikowany do Serie B. W 1937 r. zespół awansował po raz pierwszy do Serie A, ale szybko został zdegradowany. Powrócił w 1940 r. i utrzymał się w niej do 1959 r. Po roku pobytu w Serie B, powrócił do najwyższej klasy rozgrywek, by pozostać w niej do 1973 r. W 1964 r. drużyna zdobyła Puchar Włoch, a rok później doszła do półfinału Pucharu Zdobywców Pucharów. W 1981 r. została zdegradowana do Serie C1. Do II ligi powróciła rok później, a w 1985 r. awansował ponownie do najwyższej klasy rozgrywek we Włoszech. Od tej pory klub balansował pomiędzy Serie A i Serie B. Atalanta była degradowana w 1988 r., 1995 r. i 1998 r. W 2006 r. znów powróciła do Serie A. W 2010 r. ponownie znalazła się w II lidze. W 2011 r. po raz kolejny awansowała do Serie A.