Fakat Gollini için işler yine yolunda gitmedi. 2017'de genç kaleciyi kiralayan Atalanta, 2018'de 3.8 milyon euro karşılığında Gollini'nin bonservisini aldı. Bu sezon kariyerinin zirvesini geçiren 25 yaşındaki eldiven, Serie A ve Şampiyonlar Ligi'nde tarih yazan Atalanta'nın kalesini koruyan isim olarak dikkat çekti.