Доступ к элементам в списке<vector<int>> без использования временного пространства

Ваша «приемлемая» строка создает копию. Итак, это:

{
  auto it=a.begin();
  std::vector<int> temp=*it;
  temp.push_back(0);
}

не будет иметь никакого эффекта. Вместо этого вы можете хранить константную или неконстантную ссылку:

{
  auto it=a.begin();
  auto const& immutable = *it;
  return immutable.size();
}

или

{
  auto it=a.begin();
  auto& ref = *it;
  ref.push_back(0);
  return ref[0];
}

Конечно, вам не обязательно вообще хранить ссылку.

auto it = a.begin();
(*it).push_back(0);
// or
it->push_back(1);
return (*it)[0];