Sim, isso é possível. Eu fiz essa configuração com o DD-WRT e Tomato em um Linksys WRT54GL . Na minha configuração particular, eu tinha um WRT54G agindo como o roteador conectado à internet e meu WRT54GL estava conectando a conexão a alguns dispositivos que eu tinha conectado ao WRT54GL.
Eu não estou mais usando essa configuração, mas eu a executei por mais de um ano, então sei que ela funciona. Eu não sei se algum dos firmwares de estoque suportam isso, então você pode ter que instalar um firmware de terceira parte no roteador para obter este recurso.