Hmm, nejsem si jistý, zda je to nejlepší způsob, jak to udělat, ale lze to docela snadno přidat do vašeho již existujícího dotazu:
SELECT *
FROM products
WHERE p_show='Y'
AND p_id IN (SELECT p_id
FROM prods_2cats AS PC
WHERE PC.cat_id = $cat1_id)
AND p_id IN (SELECT p_id
FROM prods_2cats AS PC2
WHERE PC2.cat_id = $cat2_id)