Это сделано специально. Изменение старшего номера версии должно указывать на отсутствие бинарной совместимости с предыдущей, поэтому — оно будет создавать dll с другим именем (dll1.dll, dll2.dll и т.д.). Приложение же ищет dll именно по имени файла.

Иными словами — если изменения в dll не ведут к потери совместимости (т.е. все интерфейсы и смещения остались прежними), то нужно заменить новым существующий dll (т.е. новая весрия должна быть не 2.0.0, а, допустим, 1.0.1). Если же изменения несовместимы — нужно сменить старший номер, получить новый dll и, для вступления изменений в силу, пересобрать заново весь использующий библиотеку софт.