У вас маппинги уже настроены таким образом, что вы можете просто достать нужный город и через геттер получить коллекцию сервисов, которые в нем есть - доктрина все сделает за вас.
Что касается запроса, он не совсем корректен. Во-первых, вы подставляете параметр не туда, куда необходимо: последний параметр в innerJoin'е отвечает за то, по какому параметру соединять две сущности. Во-вторых, вы обращаетесь к city_id при том, что делаете запрос не на SQL, а на DQL - то есть по сути во время выполнения этого запроса вы присоединяете не таблицу, а коллекцию объектов. На этом уровне доктрина не в курсе ни о каком city_id. В-третьих, доктрина при присоединении коллекции понимает, что речь идет о many-to-many - соответственно, последние два параметра при join'е можно опустить:
->join('service.cities', 'city')
->andWhere('city.id = :id')
->setParameter('id', $id)
Работая с доктриной, следует немного поменять мышление: стоит абстрагироваться от бд и думать о сущностях как об обычных объектах. Надеюсь, что мне удалось корректно сформулировать ответ.
