Il 3 novembre, in risposta allo sbarco su Bougainville e alla sconfitta dell'8ª Flotta nel corso della battaglia della baia dell'imperatrice Augusta, l'ammiraglio Mineichi Kōga (comandante della Flotta Combinata) inviò la forza di incrociatori della 2ª Flotta a Rabaul, per tentare un secondo e più massiccio contrattacco: l"Atago" e le unità sorelle giunsero da Truk il 5 novembre con il , il "Suzuya" e il . Mentre stavano rifornendosi di carburante, si verificò un inatteso bombardamento condotto dai velivoli delle portaerei e . L"Atago" fu mancato di stretta misura da tre bombe da 500 libbre (circa 227 chili), le cui detonazioni inflissero comunque danni allo scafo; una scheggia uccise sul colpo il capitano Nakaoka, che si trovava in plancia. Questa audace operazione statunitense mise in sicurezza la testa di ponte a Bougainville e costrinse gli incrociatori nipponici, più o meno avariati, a rientrare in patria. Nel pomeriggio del 5 novembre, infatti, l"Atago" e il "Takao" lasciarono Rabaul, fecero tappa a Truk il 7 e il 15 novembre gettarono le àncore a Yokosuka per lunghe riparazioni. Nel corso dei lavori l"Atago" fu dotato di altri otto cannoni Type 96 da 25 mm, su affusti singoli.