Můžete použít $ poziční operátor to provede:
db.soup.update(
{_id: ObjectId("50b429ba0e27b508d854483e"), 'array.id': '2'},
{$set: {'array.$.letter': 'c'}})
$ v objektu aktualizace funguje jako zástupný symbol pro první prvek array aby odpovídal selektoru dotazu.