Heb je de AddToSet bekeken methode, als je dit gebruikt in combinatie met de update-functie in plaats van de vervang-functie, zou het je atomiciteit beter onder controle moeten houden.
var updateBuilder = Builders<Item>.Update.AddToSet(items => items.SubItems, new SubItem());
collection.UpdateOne(itemFilter, updateBuilder);
Like dus in jouw geval.
public Task Save(string itemId, SubItem subItem)
{
var itemFilter = Builders<Item>.Filter.Eq(v => v.Id, itemId);
var collection = _db.GetCollection<Item>("Items");
var updateBuilder = Builders<Item>.Update.AddToSet(items => items.SubItems, subItem);
collection.UpdateOneAsync(itemFilter, updateBuilder, new UpdateOptions() { IsUpsert = true }).Wait();
}