Olá Luiz,
Reproduzi os passos muito bem descritos acima. Só que o problema não apareceu no meu caso.
Provavelmente na minha versão do Word, este problema foi corrigido.
Basicamente inseri o PDF dentro do DOCX como apresentado.
Sim, na forma como foi indicado, o PDF é incorporado ao DOCX e por isso o tamanho certamente será proporcional ao número e tamanho de documentos PDF que forem adicionados.
Antes de mais nada, vale mencionar as dicas do [link]
para este tipo de ação com objetos, caso queira repassar apenas como referência.
A minha versão em uso é "Word para Office 365 MSO 16.0.11601.20130 64 bits".
Verifique se a tua versão não possui atualização com correção para este problema.
Na minha verificação, o documento se comportou como esperado. Não alterou para imagem.
Quando clico no ícone do arquivo PDF, sou levado a cópia interna deste documento, sem problemas.
Talvez, se eu inserir mais arquivos PDF, este problema apareça, não fiz este teste até o momento.

Se o teu ícone foi alterado, no entanto o tamanho do arquivo DOCX continuou o mesmo, tudo indica que o conteúdo esta disponível internamente, somente o "link" é o problema.
Na tua imagem 2 de teste, os arquivos e a quantidade destes PDF são diferentes em relação a imagem 3.
(1) Isso significa que na imagem 3 ocorreu o problema, mas que no teste apresentado na imagem 2, devido a poucos arquivos, ficou tudo normal?
Pergunto isso, pois no meu caso, também com poucos arquivos, a falha não apareceu.
Enfim, farei mais alguns testes por aqui e reporto na sequência.
(2) Já fez o mesmo teste com uma versão mais recente do Office?
Quem sabe este problema não ocorre no teu mesmo ambiente de trabalho com o uso de uma versão mais nova (mesmo que de teste de 30 dias).