Пока нашёл только один рабочий вариант: делать internal_redirect на другой локейшен.
Есть ли менее череззаднепроходные методы реализовать мою задачу?
пока как-то так:
package onlyxml;

use nginx;
use strict;
use XML::Simple;


sub test {
my $r = shift;

if ($r->request_method eq "POST") {
if ($r->has_request_body(\&post)) {
$r->internal_redirect('/valid'.$r->uri);
} else {
return 401; # пустой запрос
}
} else {
#return DECLINED; # не GET запросы
$r->internal_redirect('/valid'.$r->uri);
}

}

sub post {
my $r = shift;

my $xs = new XML::Simple();
my $hash;
eval {$hash = $xs->XMLin($r->request_body)};
if ($@){
return 400; # не валидный
} else {
return 1; # Валидный xml
}
}

1;
__END__