Avvio tutto di marca azzurra, con il Napoli che va subito vicino al gol con lo squillo di Callejon, che su lancio di Diawara, incrocia con il mancino trovando l'ottima respinta in angolo di Berisha. Partita giocata a ritmi molto elevati con diversi gialli per entrambe le squadre che non si risparmiano e lottano con grinta su ogni pallone. Si vede anche Ounas che in tre minuti ha due occasioni: sulla prima spreca tutto davanti a Berisha mentre sulla seconda prova l'acrobazia al volo che non trova lo specchio della porta. Alla mezz'ora è la volta di Zielinski che sul magico tocco di Ounas, sbuca sul secondo palo ma sciupa una grandissima opportunità per la disperazione in panchina di Sarri. Nonostante tre limpide occasioni per passare in vantaggio, il Napoli rischia di andare sotto con i colpi di testa di Cornelius e Gomez che sfiorano la traversa. Gli azzurri fanno la partita ma adesso gli ospiti sembrano aver preso le misure e in ripartenza possono fare molto male ai padroni di casa. Dopo gli ultimi dieci minuti in cui succede poco o nulla l'arbitro manda le squadre negli spogliatoi senza recupero.
Inizio ripresa a tinte nerazzurre con l'Atalanta che dopo cinque minuti passa già in vantaggio al San Paolo: grande azione sulla sinistra di Gomez che crossa al centro per Cornelius, Mario Rui si perde l'inserimento di Castagne che tutto solo davanti a Sepe lo trafigge trovando la prima gioia con la maglia della Dea. Sarri vede i suoi in difficoltà e chiama subito il doppio cambio: fuori Hamsik e Callejon al posto di Insigne e Mertens, assenti illustri della prima ora di gioco. L'ingresso in campo delle due stelle non cambia però gli equilibri del match con l'ottima difesa dell'Atalanta che chiude tutti gli spazi ai padroni di casa, senza rinunciare a cercare il colpo del ko. Gasperini infatti toglie uno stremato Cristante per un più offensivo Ilicic e trova il raddoppio con Gomez che all'81' chiude la partita. L'argentino parte velocissimo sulla fascia, sfrutta la scivolata di Chiriches e batte con un gran sinistro un immobile Sepe. Il Napoli però reagisce e accorcia subito le distanze sull'asse Insigne-Mertens, con il belga che sfrutta il cross del numero 24 e di testa batte un Berisha non esente da colpe. Il pareggio, nonostante l'assalto finale degli azzurri, non arriva e l'Atalanta di Gasperini può così festeggiare una storica qualificazione alla semifinale di Coppa Italia, traguardo raggiunto dopo trent'anni dall'ultima volta. Ora i nerazzurri se la vedranno con la vincente del derby tra Juventus e Torino.