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Bestätigt! :-)

Zum Vergleich:
Wenn man eine Million z. B. durch tausend ersetzt, erkennt man sofort, was (in-)korrekt ist: [...] eine Stadt mit tausend Einwohnern.

Beste Grüße
Vollprofi

PS: Ausführlich: Der Satzgliedkern ist eine Stadt; mit Einwohnern ist ein Attribut erster Ordnung; eine Million ist ein Attribut zweiter Ordnung. Die Präposition mit verlangt den Dativ.