Iličič sa stal súčasťou Atalanty v júli 2017 po príchode z konkurenčnej Fiorentiny. Vo svojej prvej sezóne dopomohol svojmu tímu 11 gólmi k peknému siedmemu miestu. No to bol len začiatok.
V nasledujúcich sezónach 2018/2019 a 2019/2020 Atalanta prekvapivo v nabitej Serii A obsadila tretie miesto, čím si zaručila účasť v prestížnej Lige majstrov. Najpamätnejším momentom Josipa Iličiča v tomto období bol štvorgólový galakoncert na ihrisku Valncie, vďaka ktorému vtedy jeho tím postúpil medzi osmičku najlepších mužstiev na starom kontinente.
Od konca predvlaňajšej sezóny ale začali slovinského reprezentanta trápiť zdravotné problémy. Po rekonvalscencii z viacerých zranení Iličič fyzicky nestíhal rýchlemu tempu, ktorým sa Atalanta dlhodobo prezentuje, a tak sa čoraz častejšie objavoval len na lavičke náhradníkov.
Aby toho nebolo málo. Následne sa musel vysporiadať so psychickými problémami. Kvôli depresiám sa od 16. januára tohto roku neobjavil na ihirsku. Síce s ním Atalanta po týchto patáliach predčasne rozviazala zmluvu, umožnila sa mu veľkolepo rozlúčiť s fanúšikmi. Tí si jedinčenú príležitosť nenechali ujsť a ich miláčikovi tlieskali postojačky. Dlhoročná opora si obliekla dres Atalanty v 173 dueloch, v ktorých strelila 60gólov a pridala 44 asistencií.
We're not crying, 𝘆𝗼𝘂'𝗿𝗲 crying. @Atalanta_BC pay Josip Iličić a fitting tribute 👏#AtalantaTorino pic.twitter.com/sC2eh9XePN
— Lega Serie A (@SerieA_EN) September 1, 2022