Sim, é válido ter duas nics na mesma rede. No caso do Windows, ele possui um algoritmo para determinar qual interface é "melhor" ao decidir como enviar pacotes para a rede. Muito provavelmente, sua conexão com fio terá precedência.
Os servidores DHCP funcionam em uma base de transmissão. Na inicialização, o PC emitirá uma solicitação de difusão DHCP solicitando um IP. O servidor DHCP fornecerá um endereço IP em seu intervalo de endereços configurado que corresponda à interface na qual o endereço IP entrou. Um retransmissor DHCP pode fazer com que ele escolha um intervalo diferente, passando seu próprio endereço como parte da solicitação e enviando-o unicast. Em seguida, o servidor DHCP escolherá um endereço do intervalo correspondente ao endereço de retransmissão.
Para fornecer aos seus dois nics intervalos de endereços diferentes com o DHCP, eles precisarão estar em redes diferentes separadas na camada dois - para separar VLANs ou fisicamente separadas. Seu servidor DHCP precisará estar presente em ambas as redes ou outro dispositivo intermediário pode atuar como uma retransmissão DHCP.