На одном из форумов, где обсуждался вопрос, как правильно: в городе Москва или в городе Москве, участник дебатов дал такой ответ: «Если Москва идёт в сочетании со словом "город", то в "городе Москва". Склоняются в таком случае имена собственные мужского рода. А если без слова "город", то "в Москве". В школе нас, по крайней мере, так учили». Действительно, географические названия могут не склоняться в тех случаях, когда род обобщаемого слова и собственно наименования не совпадают, к примеру: недалеко от села Миронушка. Однако есть одно но: это замечание не относится к сочетаниям с существительным город.

Правильно говорить и писать: в городе Москве, под городом Омском, около города Ростова-на-Дону.

В качестве аргумента приведём цитату из «Справочника по правописанию и стилистике» Д. Э. Розенталя: «Названия городов, выраженные склоняемым существительным, как правило, согласуются в падеже с определяемым словом, например: в городе Москве, у города Смоленска, над городом Саратовом. То же при иноязычных названиях: в городе Барселоне, близ города Венеции».

В представленной формулировке неспроста употреблено вводное выражение «как правило», потому что из этой грамматической закономерности есть некоторые исключения.

Во-первых, не согласуются со словом город редко встречающиеся названия. Это делается для того, чтобы читатель не был введён в заблуждение относительно точного наименования населённого пункта. К примеру, в спортивной заметке лучше указать, что соревнования состоялись в городе Дума (Саудовская Аравия). При сочетании в городе Думе незнакомое название может быть воспринято и как Дум, и как Дума.

Во-вторых, в сочетании с сущ. город остаются неизменными составные названия (т. е. состоящие из двух и более слов): у города Старый Оскол, под городом Великие Луки.

В-третьих, не согласуются с сущ. город наименования, представляющие собой форму множественного числа: в городе Мытищи, о городе Чебоксары.

В-четвертых, часто названия городов сохраняют начальную форму в географической и военной литературе, в официальных сообщениях и документах: сражения шли у города Вупперталь. К слову, из этой сферы и проникла в повседневное общение тенденция оставлять название в союзе со словом город неизменным. Сочетания в городе Москве, в г. Омске и подобные – яркие примеры канцелярита в языке, пришедшие из деловых бумаг и документов. В обыденной ситуации достаточно просто сказать либо написать – в Москве, в Омске, при этом шанс совершить грамматическую ошибку сводится к нулю.

Особняком стоят названия на –ов(о), –ев(о), –ин(о), –ын(о) типа Кемерово, Купино, им посвящена отдельная заметка.