Actualizar matriz dentro del documento Mongo no funciona

Su consulta se ve bien, puede hacer una consulta única usando $push en lugar de hacer un proceso manual,

const { user_id } = req.params;
const subscription = req.body; 
const updated_user = await UserModel.findByIdAndUpdate(user_id, 
    { 
        $push: {
            push_subscriptions: subscription
        },
    { new: true }
).exec();