Ответ примерно такой: директива index срабатывает, только если nginx собирается отдавать файл с диска и по текущему пути нашлась папка.
Если в текущем location есть proxy_pass / fastcgi_pass, то nginx даже не ищет индексный файл. Соответственно, второй раз по правилам не проходит и отдаёт управление на proxy_pass / fastcgi_pass.
Спасибо
Алексей Тен за ответ в комментариях к вопросу.
