Faça $elemMatch (projeção) retornar todos os objetos que correspondem aos critérios

Para retornar vários subdocumentos, você precisará usar a estrutura de agregação. Isso retornará todos os subdocumentos que você está procurando:

db.zip.aggregate(
  {$match: {zipcode: 63109}},
  {$unwind: "$students"},
  {$match: {"students.school": 102}}
)

Você pode fazer várias coisas para obter uma saída diferente, mas isso retornará:

{
    "result" : [
        {
            "_id" : 1,
            "zipcode" : 63109,
            "students" : {
                "name" : "john",
                "school" : 102,
                "age" : 10
            }
        },
        {
            "_id" : 1,
            "zipcode" : 63109,
            "students" : {
                "name" : "jess",
                "school" : 102,
                "age" : 11
            }
        },
        {
            "_id" : 4,
            "zipcode" : 63109,
            "students" : {
                "name" : "barney",
                "school" : 102,
                "age" : 7
            }
        }
    ],
    "ok" : 1
}