Wenn man mehrere Sub-Applikationen unter einer Main-App betreiben will, so kann das zu schwierigkeiten bei der Konfiguration führen, insbesondere dann, wenn man verschiedene httpModules etwa zum URL-Rewriting verwendet.
Tom Lucas erklärt hier, was zu tun ist, um etwaigen Problemen mit dem hierarchischen Vererbungsprinzip von web.config und machine.config aus dem Weg zu gehen:
http://www.wwwcoder.com/main/parentid/270/site/1831/68/default.aspx
Das allein hat bei mir nicht funktioniert. Erst als ich die Assambly der übergeordneten Applikation als Verweis mit in meine Sub-Applikation reingenommen habe, funktionierte alles fehlerfrei.
Ganz interessant noch zum Thema, man kann auch unterschiedliche Konfigurationen in einer Konfigurationsdatei zusammenfassen, wie das geht erklärt dieser Artikel. Alle nötigen Hintergrundinfos zum "ASP.NET Settings Schema" finden sich wie immer in der MSDN Library.