報告するまでもありませんが、VirtualBoxでの.vdiではフォーマットする場所は新規の場所でした。ごく普通のインストールです。
これでWindwsXPの実機も仮想もあるわけですから、実用上何の問題はないわけですが、このテーマ何とか成功したいです。

どうなるか興味があったので、akayukiさんの環境と似たような状況を構築して実験してみました。

結論からいくと、2つ目のWindowsを入れるためにHDDを登録する際、1つ目の基本パーティションもVirtualBoxが扱えるように -partitions 1,3 として登録したところ、ある程度うまく行きました。
※インストーラが何やら C: に向かって何かしたいように見えたので、C: (sda1)もインストーラが扱えるようにしたらどうなる？という発想です。

そして、実際にやってみた感想として、便利に使うことは難しそう、でした・・・。

以下手順です。

1. VMwareで300GBのHDDを持った仮想PCを作成※以降これを「仮想実環境」とします。
2. 基本パーティションで80GB C: を取りWindowsをインストール、起動確認。
3. Ubuntu LiveCDで仮想PCを起動、論理パーティションでスワップ2GB、/ に60GB 取って1つ目のUbuntuを入れる。GRUBはMBR。
4. UbuntuとWindowsがデュアルブートになっているのを確認。
5. もう一度 Ubuntu LiveCDで仮想PCを起動、論理パーティションで / を18GB 取って2つ目のUbuntuを入れる。GRUBはPBR(sda7の頭)。
※2つ目のUbuntuは面倒で起動確認してません。

この段階で

/dev/sda1   *           1       10199    81923436    7  HPFS/NTFS
/dev/sda2           10200       20169    80084025    5  拡張領域
/dev/sda3           20170       22719    20482875    7  HPFS/NTFS
/dev/sda5           10200       10442     1951866   82  Linux スワップ / Solaris
/dev/sda6           10443       17737    58597056   83  Linux
/dev/sda7           17738       20169    19535008+  83  Linux

となりました。

6. 1つ目のUbuntuにVirtualBoxインストール、ユーザのdiskグループ参加。

7. 1つ目のUbuntuに gparted と ntfsprogs をインストールして、sda7の後ろに2つ目の基本パーティションをNTFSで20GB作成。これがsda3

8. ディスク確認

VBoxManage internalcommands listpartitions -rawdisk /dev/sda

Number  Type   StartCHS       EndCHS      Size (MiB)  Start (Sect)
1       0x07  0   /1  /1   1023/254/63         80003           63
5       0x82  1023/254/63  1023/254/63          1906    163846998
6       0x83  1023/254/63  1023/254/63         57223    167750793
7       0x83  1023/254/63  1023/254/63         19077    284944968
3       0x07  1023/254/63  1023/254/63         20002    324014985

となりました。

9. MBR用ファイル作成

dd if=/dev/zero of=winmbr.dat bs=512 count=1

10. 仮想ディスク登録

VBoxManage internalcommands createrawvmdk -filename $HOME/win.vmdk -rawdisk /dev/sda -partitions 3 -mbr $HOME/winmbr.dat -register

まずは -partitions 3のみ登録

11. VirtualBoxで仮想PC作成、WindowsXPインストールディスクで起動、作業開始
ここで 20GB の D: (/dev/sda3) を選んでEnterすると

akayuki による投稿:

Fを押す->８０２６２MB　に変わってフォーマット開始->ドライブCをフォーマットできませんでした。ディスクが壊れている可能性があります。.....セットアップを終了するにはF3キーを押して下さい。->F3を押して->再起動->Pc全体が freeze->電源落として再起動->sda１の既存WindowsXPを実機で起動->問題なし

になりました。インストール失敗。

12. 先程の仮想ディスク登録を破棄、今度はパーティション1,3をディスク登録。

VBoxManage internalcommands createrawvmdk -filename $HOME/win.vmdk -rawdisk /dev/sda -partitions 1,3 -mbr $HOME/winmbr.dat -register

Windowsのインストールを開始すると、sda1のWindowsを認識し、修復するかどうか尋ねられます。
修復はせず、20GB の D: (/dev/sda3) を選ぶと、(消しかねないので C: を間違って選ばないよう注意！)D: をフォーマットするか尋ねられるので、今回はNTFSでクイックフォーマットし続行、
そのままインストール作業が続き、仮想環境でWindowsが起動しました。

この時点で、Windowsインストーラがsda1のboot.iniに自動的に登録を行ったようで、NTLDRによる「オペレーティング システムの選択」が
出るようになり、どうやら下段がsda1のWindowsになっているようです。
※sda1のWindowsはVirtualBoxでは画面真っ黒になってしまい起動できませんでした。

13. 「仮想実環境」を再起動、GRUBに到着、3. の段階でUbuntuインストーラが登録したWindows起動エントリを選ぶと、NTLDRが呼び出され「オペレーティング システムの選択」になり
どちらのWindowsも起動できました。
※上段のsda3 WindowsはVirtualBox向けドライバで構成されているので、「仮想実環境」で起動後Windowsが使えるドライバを見つけるまでしばらくキーもマウスも効かなかった。

14. 「仮想実環境」を再起動、1つ目のUbuntuに戻ってきて仮想PCを起動
上段(sda3)：13. で起動した時に都合の悪いドライバが入ったのか、セーフモードでないと起動直後に一瞬ブルースクリーンの後再起動してしまった。
下段(sda1)：12. の時と同じく画面真っ黒

でした。

なお、ここまでの全作業を終えて、
・MBRはちゃんとGRUBが格納されたままです。
・仮想PCのMBR用に用意したファイルはまったく使われていない様子(作った時と同じ512バイト分の0だった)。
・D:(sda3)直下には NTLDR や boot.ini はインストールされておらず、C: のNTLDRがD: のWindowsを呼んで起動している。
・MBRやPBRの関係と、一部のパーティションのみ仮想ディスク登録する絡みがややこしいし、Windowsはドライバ関連で起動したりしなかったりするし、これ以上はもういいや・・・
です。