Englands sjömän Jake Ball, Luke Fletcher och James Pattinson alla tog tre wickets som Durham var ute för 162.
Stuart Poynter gav det enda riktiga motståndet, poäng 65 off 59 bollar innan han skålades av Fletcher.
Notts förlorade 17 övers av deras svar på dåligt ljus, men seamer Chris Rushworth tog två tidiga wickets för att hjälpa till att minska bort sidan till 96-4 vid stubbar.
Durham, spela sin första match sedan de förvisades från Division One och dockade 48 poäng över finansiella frågor, kunde ha varit i mycket sämre läge om det inte varit för Poynters andra första klass halv-talet.
Den irländska internationalen slog 12 fyrar i hans innings för att sätta press på Notts attack, med hans 52-drivna sista vekling partnerskap tillsammans med Rushworth ger sin sida hopp om att komma tillbaka i strid på dag två.
Nottinghamshires bowlare dominerade första dagen vid Riverside innan Durham slog tillbaka med bollen.