Versão resumida: não é fácil, ou sem roteadores de maior qualidade.
Como mencionado nos comentários, um roteador capaz de fazer o encaminhamento DHCP (às vezes referido com um endereço auxiliar DHCP) poderia fazer isso, e provavelmente também manipular as sub-redes adicionais necessárias para fazer uma coisa dessas ... Você pode então também tem preocupações de NAT para lidar. Isso fica muito complexo muito rapidamente e está certamente além da capacidade de firmware de estoque em roteadores "de consumo".
Se eu entendi / presumo corretamente, a raiz da DMZ é algum dispositivo que distribui vários IPs em uma base medida. Qual finalidade os outros roteadores atendem? Se eles estão lá apenas para fazer algo como adicionar portas adicionais ou estender o alcance de Wi-Fi, você pode usar um simples switch de rede ou AP sem fio para passar o tráfego de forma transparente em vez dos roteadores.