Fatti: A. A._, B._ e C._ sono proprietari del fondo part. n. 2551 di Stabio, su cui sorge una casa d'abitazione plurifamiliare (subalterno A). La particella è situata in località San Pietro, ai margini del nucleo antico, e deriva dal frazionamento del fondo originario part. n. 327, di cui era proprietaria fino al gennaio 2002 la società D._SA. Sotto il profilo pianificatorio, la proprietà è inserita nel perimetro del piano particolareggiato dei nuclei di Stabio e di San Pietro (PPNV), nella zona di risanamento conservativo (RC). L'immobile (subalterno A) è inoltre catalogato come edificio da riattare (RA). B. Il 15 maggio 2001 la D._SA ha presentato al Municipio di Stabio una domanda di costruzione per il riattamento e l'ampliamento del suddetto edificio. Secondo la relazione tecnica allegata alla domanda era in particolare previsto di aumentare di 65 cm l'altezza dell'edificio, in modo da rendere abitabile il piano mansardato, che avrebbe avuto un'altezza interna in gronda di 180 cm. Acquisito il preavviso favorevole dell'autorità cantonale, il 13 luglio 2001 il Municipio ha rilasciato la licenza edilizia. C. Dopo una serie di atti che non occorre qui evocare, ritenuto che l'innalzamento eseguito era maggiore rispetto a quanto autorizzato, i proprietari hanno presentato il 20 luglio 2007 una domanda di costruzione a posteriori volta a rettificare un errore formale nei piani del progetto originario ed a sanare una sopraelevazione che eccederebbe di 15 cm quella autorizzata. Una persona si è opposta al rilascio della licenza edilizia in sanatoria, che il Municipio, dopo avere ordinato un rapporto tecnico, ha negato con decisione del 16 aprile 2008. L'Esecutivo comunale ha ritenuto che la sopraelevazione realizzata raggiungesse i 185 cm, di cui soltanto 65 cm autorizzati, e che essa non potesse essere considerata una modifica di poco conto conforme agli art. 8 e 12 delle norme di attuazione del PPNV (NAPPNV). La decisione municipale è stata confermata il 17 agosto 2010 dal Consiglio di Stato del Cantone Ticino, su ricorso dei proprietari. D. Con sentenza del 5 luglio 2011 il Tribunale cantonale amministrativo ha accolto un ricorso dei proprietari contro la risoluzione governativa, annullandola. Ha pure annullato la decisione del Municipio, rinviandogli gli atti affinché rilasci la licenza edilizia. La Corte cantonale ha accertato che la sopraelevazione realizzata si situa in una forchetta compresa tra 0,85 m e 1,55 m ed ha ritenuto che non vi sono ragioni per non autorizzarla dal momento che rientra ancora nei limiti degli art. 8 e 12 NAPPNV. E. Il Comune di Stabio impugna questa sentenza con un ricorso in materia di diritto pubblico al Tribunale federale, chiedendo di annullarla. Il ricorrente fa valere la violazione dell'autonomia comunale, del divieto dell'arbitrio, oltre a un diniego di giustizia. F. La Corte cantonale si riconferma nella sua sentenza, formulando alcune precisazioni. Il Consiglio di Stato si rimette al giudizio del Tribunale federale, mentre i proprietari postulano la reiezione del gravame. 