Atalay llegó a Estambul a las 8.30 GMT, en un vuelo procedente de Berlín.
Después de bajar del avión, fue detenido por agentes y trasladado en un coche policial a la Dirección de Seguridad.
En el marco de la investigación también se emitió una orden de captura contra Atalay, pero se encontraba en Alemania cuando se produjo el primer arresto.
Turquía vivió en la noche del 15 al 16 de julio un intento de golpe militar que, según el primer ministro Binali Yildirim, causó más de 240 muertos y unos 2.200 heridos.
Las autoridades turcas acusaron al teólogo musulmán Fethullah Gulen, autoexiliado en EEUU, de haber organizado el amotinamiento y exigieron su extradición.
Gülen rechazó de plano la acusación de estar detrás de la intentona golpista y propuso establecer una comisión internacional para investigarla.