Seu roteador não deve permitir que você pense que pode substituir o que ele anuncia como o endereço de gateway padrão via DCHP, quando na verdade ele ignorará sua tentativa de substituição e anunciará seu próprio endereço IP como o gateway padrão.
Seu roteador tem um bug.
Se o problema está na interface do usuário (permitindo que você tente fazer isso, quando não for possível) ou o servidor DHCP (por não ser possível fazer o que você está tentando), é uma questão para debate.
Eu direi, porém, que me parece que deixar o NAT ligado, mas sobrescrevendo o gateway padrão que o servidor DHCP anuncia, é uma configuração estranha. Uma boa interface de usuário deve pelo menos avisar que seu roteador NAT não pode ser um roteador NAT, a menos que os clientes o usem como roteador e sugira que você pare de tentar fazer a substituição ou que desative o NAT se estiver não vai usá-lo.