Как все-таки правильно говорить: «в Беларуси» или «в Белоруссии»?

Если вы просите дать официальное название топонима, т.е. то, что должно использоваться "на бумаге", то это, конечно, "Беларусь". 

Во-первых, 19 сентября 1991 года Белорусская Советская Социалистическая Республика информировала ООН об изменении её названия на «Беларусь». Основанием стал принятый в этот же день закон № 1085-XII «О названии Белорусской Советской Социалистической Республики». В этом законе Верховный Совет постановил: «Белорусскую Советскую Социалистическую Республику впредь называть „Республика Беларусь“, а в сокращённых и составных названиях — „Беларусь“».

Во-вторых, действительно, для русского языка, адаптация официального названия справедлива, т.к. "Беларусь" противоречит русской орфографии, в которой нет соединительной гласной «а». Но все же, тот же самый закон сообщает о транслитерации ее названия на другие языки мира: «Установить, что эти названия транслитерируются на другие языки в соответствии с белорусским звучанием». 

Но, как я заметил в начале, вышеперечисленные тезис и аргументы к нему - официоз. 

Если же подойти к вопросу с точки зрения лингвистической философии, оба названия являются верными, т.к. язык - динамическая система, обновляемая изменениями речи носителями языка. Проще говоря, русскоговорящие люди могут называть Беларусь Белоруссией, так же, как говорить "звонит" с ударением на первый слог, потому что случаи подмены данного топонима не редкость.