Registro atualizado do projeto MongoDB em uma matriz aninhada na consulta findAndModify

Você também pode tentar o positional $ operador usado com o findAndModify() método. O operador identificará o elemento em uma matriz para atualizar sem especificar explicitamente a posição do elemento na matriz. Observe que o campo array deve aparecer como parte do documento de consulta e para retornar o documento com as modificações feitas na atualização, utilize a opção new, assim sua atualização ficaria assim

db.tests.findAndModify({
    query: {
        "arr.cond": 4
    },
    update: {
        "$set": {"arr.$.upd": 55 }
    },
    new : true,
    fields: { "arr": 1, "_id": 0 }   
})

produzirá a saída:

{
    "arr": [
        {
            "cond" : 1,
            "upd" : 2
        },
        {
            "cond" : 2,
            "upd" : 3
        },
        {
            "cond" : 4,
            "upd" : 55
        },
        {
            "cond" : 6,
            "upd" : 7
        },
        {
            "cond" : 8,
            "upd" : 9
        }
    ]
}

Como você deseja retornar o documento atualizado, com projeção, o posicional $ projection operador só pode ser usado no documento de projeção do find() ou o método findOne() método para que o findAndModify() field de A opção não projetará essa parte da matriz usando o $ projection operador.

Uma solução alternativa seria usar o JavaScript nativo filter() método no campo arr retornado como

var result = db.tests.findAndModify({
    query: {
        "arr.cond": 4
    },
    update: {
        "$set": {"arr.$.upd": 55 }
    },
    new : true,
    fields: { "arr": 1, "_id": 0 }   
})

var updated = []
if (result && result.arr) updated = result.arr.filter(function (item) { return item.cond == 4; });
printjson(updated);

Isso irá imprimir

[ { "cond" : 4, "upd" : 55 } ]

-- ATUALIZAÇÃO --

Ou o $elemMatch projeção como você sugeriu nos comentários abaixo:

var result = db.tests.findAndModify({
    query: {
        "arr.cond": 4
    },
    update: {
        "$set": {"arr.$.upd": 55 }
    },
    new : true,
    fields: {"arr": {"$elemMatch": { "cond": 4 } }, "_id": 0 }   
})

printjson(result);

Saída :

{ "arr" : [ { "cond" : 4, "upd" : 55 } ] }