Usando o Rails 5:

gem 'rails', '~> 5.0.0', '>= 5.0.0.1'

Eu criei o exemplo mais simples em que posso pensar para demonstrar o problema:

parent.rb

class Parent < ApplicationRecord
  has_many :children
  accepts_nested_attributes_for :children
end

child.rb

class Child < ApplicationRecord
  belongs_to :parent
end

Criar pai, salvar, criar filho, salvar (funciona)

Usandorails console, criando um novo pai, salvando, criando um filho a partir do pai e salvando o pai, funciona bem:

irb(main):004:0> parent = Parent.new
=> #<Parent id: nil, created_at: nil, updated_at: nil>
irb(main):005:0> parent.save
   (0.5ms)  BEGIN
  SQL (0.4ms)  INSERT INTO `parents` (`created_at`, `updated_at`) VALUES ('2016-09-25 13:05:44', '2016-09-25 13:05:44')
   (3.2ms)  COMMIT
=> true
irb(main):006:0> parent.children.build
=> #<Child id: nil, parent_id: 1, created_at: nil, updated_at: nil>
irb(main):007:0> parent.save
   (0.5ms)  BEGIN
  Parent Load (0.5ms)  SELECT  `parents`.* FROM `parents` WHERE `parents`.`id` = 1 LIMIT 1
  SQL (0.7ms)  INSERT INTO `children` (`parent_id`, `created_at`, `updated_at`) VALUES (1, '2016-09-25 13:05:52', '2016-09-25 13:05:52')
   (1.3ms)  COMMIT
=> true

Criar pai, filho, salvar (não funciona)

No entanto, se eu tentar criar um novo pai, crie o filhosem salvando o pai e, finalmente, salvando o pai no final, a transação falha e é revertida:

irb(main):008:0> parent = Parent.new
=> #<Parent id: nil, created_at: nil, updated_at: nil>
irb(main):009:0> parent.children.build
=> #<Child id: nil, parent_id: nil, created_at: nil, updated_at: nil>
irb(main):010:0> parent.save
   (0.5ms)  BEGIN
   (0.4ms)  ROLLBACK
=> false

Alguém pode explicar o porquê e como corrigir?

ATUALIZAR

Criando pai e filho, o salvamento funciona se você passarvalidate: false, portanto, isso indica que o problema está na validação do filho com falha, porque exige que o parent_id seja definido - mas, presumivelmente, a validação do filho deve estar em execuçãoantes o pai é salvo então, ou não falharia?

irb(main):001:0> parent = Parent.new
=> #<Parent id: nil, created_at: nil, updated_at: nil>
irb(main):002:0> parent.children.build
=> #<Child id: nil, parent_id: nil, created_at: nil, updated_at: nil>
irb(main):003:0> parent.save(validate: false)
   (0.7ms)  BEGIN
  SQL (0.9ms)  INSERT INTO `parents` (`created_at`, `updated_at`) VALUES ('2016-09-25 15:02:20', '2016-09-25 15:02:20')
  SQL (0.8ms)  INSERT INTO `children` (`parent_id`, `created_at`, `updated_at`) VALUES (3, '2016-09-25 15:02:20', '2016-09-25 15:02:20')
   (1.6ms)  COMMIT
=> true

ATUALIZAÇÃO 2

Também funciona usandosave (sem ovalidation: false) se eu remover obelongs_to :parent linha dechild.rb, desde então, nenhuma validação ocorreparent_id é válido antes de persistir - no entanto, você perde a capacidade de chegar ao pai da criança (viachild.parent) Você ainda pode chegar ao filho pelos pais (viaparent.child)