Atalanta membuat debut Serie A pada 12 September 1937 dalam pertandingan tandang 0-0 melawan Genoa. Seminggu kemudian, klub memainkan pertandingan kandang pertamanya di Serie A melawan Juventus di stadion Brumana di depan lebih dari 15.000 penonton, kalah 1-0. Meskipun antusias awalnya, klub hanya akan memenangkan empat pertandingan sepanjang musim
, mereka semua di rumah. Hal ini menyebabkan klub finis di posisi kedua terakhir (di depan hanya Fiorentina) dan degradasi ke Serie B. Meskipun degradasi ini menyebabkan penjualan gelandang Giuseppe Bonomi ke Roma seharga 120.000 lire, tim periode ini juga menampilkan gelandang Severo Cominelli, pencetak gol tertinggi kedua Atalanta (di belakang hanya Cristiano Doni) dengan 62 gol karir untuk klub.