Diría que tendrías que probar algo así:
```
<?php 
session_start();
if (isset($_SESSION['array'])) {
    $arrayjugadores = $_SESSION['array'];
} else {
    $arrayjugadores = [];
}
$arrayjugadores[] = $_POST['nuevojugador'];
$salida = '';
for ($i = 0; $i < count($arrayjugadores); $i++) {
    $salida .= $arrayjugadores[$i] . "\n";
}
$_SESSION['array'] = $arrayjugadores;
echo $salida;
?>
```

Explicación de los cambios
--------------------------
- El cambio principal que lo arreglaba todo era seguramente que no se iniciaba la sesión, es decir, faltaba esto:
```
session_start();
```
al principio del script. 
- Además, tampoco se recuperaban los valores almacenados en la sesión, sino que siempre se iniciaba el array con dos valores incorrectamente:
```
$arrayjugadores = ["jugador 1", "jugador 2"];
```
cuando, ya que al final del script lo intentabas guardar en una sesión, lo deberías haber recuperado de la misma, tal como he puesto en esta respuesta, así:
```
if (isset($_SESSION['array'])) {
    $arrayjugadores = $_SESSION['array'];
} else {
    $arrayjugadores = [];
}
```
donde, si dicha variable de sesión ya contenia datos, la asignamos a la variable `$arrayjugadores`, y si no los tiene entonces la inicializamos vacia para que le podamos agregar el nuevo jugador sin errores después, tal como hacemos aquí:
```
$arrayjugadores[] = $_POST['nuevojugador'];
```
- Luego ya podemos recorrer la variable y devolver sus valores, pero al tratarse de una respuesta de un ajax, no me convence demasiado ir escupiendo `echo` en cada ciclo, por si acaso, asi que mejor vamos agrupando la salida en una nueva variable para ello, que he inicializado antes del bucle:
```
$salida = ''
```
y a la cual vamos agregando los valores dentro del bucle (he usado un bucle del tipo `for` para ahorrarme el contador antes del mismo):
```
for ($i = 0; $i < count($arrayjugadores); $i++) {
    $salida .= $arrayjugadores[$i] . "\n";
}
```
- Una vez montada la salida, y antes de escupirla de una sola vez, reasignamos el valor de la variable de sesión `array` con la variable `$arrayjugadores` que ya contiene los datos anteriores más el nuevo jugador, dejándola lista para la próxima vez que se agrege un nuevo jugador y vuelva a empezar el script (esto lo podia haber hecho antes del bucle, da igual, pero lo que no queria era hacerlo después de la salida final).
- Y finalmente ya podemos devolver la salida de una sola vez con:
```
echo $salida;
```

Si te fijas he usado el mínimo de variables posibles, a diferencia de tu código original, porque si bien tu código quizás era más claro en cuanto a nombres, tampoco hacía falta usar tantas variables que podían llegar a confundirlo (cuando se pretendia justo lo contrario).

En tu código tenias también una línea que realmente no hacia nada, que era esta:
```
$arrayjugadores = $arrayjugadores;
```
que es como decir que `1=1`, pero no molestaba, aunque era totalmente innecesaria.