Hattrick ini membuat Jota selalu membobol gawang lawan dalam tiga penampilan pertamanya di Liga Champions menyamai rekor Robbie Keane untuk Liverpool pada 2008.
Jota membuka keunggulan Liverpool lewat sontekan cermat memanfaatkan umpan terobosan Trent Alexander-Arnold untuk memperdaya kiper Marco Sportiello pada menit ke-16.
Atalanta hampir membalas tetapi tembakan Luis Muriel masih bisa dihentikan oleh kiper Alisson Becker.
Baca juga: Diogo Jota yakin bisa tampil lebih baik lagi bersama Liverpool
Pada menit ke-33, sebuah umpan jauh kiriman Joe Gomez bisa dikendalikan dengan satu sentuhan gemilang Jota sebelum dia melepaskan tembakan keras yang menggandakan keunggulan Liverpool.
Keunggulan dua gol itu berhasil dijaga oleh Liverpool hingga turun minum dan tuan rumah yang memasuki babak kedua malah mendapati gawang mereka dibobol lagi oleh Mohamed Salah yang mengakhiri sebuah serangan balik dengan sepakan tenang untuk mencetak gol ketiga tim tamu pada menit ke-47.
Rapuhnya lini belakang Atalanta berhasil dimanfaatkan kembali oleh Liverpool dua menit kemudian oleh Sadio Mane yang peluangnya dalam babak pertama digagalkan oleh Sportiello, tetapi kali ini penyerang asal Senegal itu melakukan sontekan sempurna untuk menambah keunggulan tim tamu 4-0.
Baca juga: Juergen Klopp sanjung Atalanta setinggi langit
Liverpool tampil begitu trengginas mengawali babak kedua dan mencetak gol kelima mereka pada menit ke-54 saat Jota memperdaya Sportiello yang keluar meninggalkan sarangnya sebelum melesakkan bola ke gawang tak bertuan untuk melengkapi hattricknya dalam laga itu.
Sejak unggul lima gol, Liverpool sedikit menurunkan tensi serangan mereka, dan Atalanta memiliki setidaknya dua peluang bagus lewat Duvan Zapata, tetapi satu membentur mistar gawang dan yang lainnya dihentikan oleh Alisson.
Pada menit injury time, Zapata akhirnya bisa menceploskan bola ke gawang Liverpool, sayang golnya dianulir karena sudah lebih dulu offside sehingga tak mengubah skor akhir 5-0 bagi tim tamu.
Kemenangan itu membuat Liverpool mantap bercokol di puncak klasemen sementara Grup D dengan sembilan poin penuh sehingga enjejakkan satu kaki mereka di babak gugur.
Sementara Atalanta yang mengumpulkan 4 poin harus rela turun ke peringkat ketiga disalip Ajax yang juga 4 poin yang menang dalam laga lain, demikian catatan laman resmi UEFA.
Kedua tim baru akan tampil kembali di Liga Champions setelah jeda internasional, tetapi akhir pekan nanti bermain di liga domestik.
Atalanta bakal menjamu Inter Milan pada Minggu 8 November, sedangkan Liverpool bertandang ke markas Manchester City pada hari yang sama.
Baca juga: Lokomotiv Moscow tahan imbang tamunya Atletico Madrid 1-1
Baca juga: Gladbach pesta setengah lusin gol ke gawang Shakhtar Donetsk
Susunan pemain:
Atalanta (3-4-1-2): Marco Sportiello; Rafael Toloi, Berat Djimsiti, Jose Palomino; Hans Hateboer (Fabio Depaoli), Mario Pasalic (Ruslan Malinovskyi), Remo Freuler, Johan Mojica (Matteo Rugeri); Alejandro Gomez (Sam Lammers); Luis Muriel (Matteo Pessina), Duvan Zapata
Pelatih: Gian Piero Gasperini
Liverpool (4-3-3): Alisson Becker; Trent Alexander-Arnold, Rhys Williams (Neco Williams), Joe Gomez, Andy Robertson (James Milner); Jordan Henderson (Naby Keita), Georginio Wijnaldum (Kostas Tsimikas), Curtis Jones; Mohamed Salah, Diogo Jota (Roberto Firmino), Sadio Mane
Pelatih: Juergen Klopp
Baca juga: Ronaldo berpeluang catatkan debut di Liga Champions musim ini
Baca juga: Jelang laga kontra Barca, sembilan pemain Dynamo Kyiv positif COVID-19