Ở trang gramota.ru có trả lời như sau
http://www.gramota.ru/spravka/buro/29_229999
СПРАВОЧНОЕ БЮРО
Вопрос № 189227
Скажите, пожалуйста, какая разница между "в самом деле" и "на самом деле"?
Mira Hong
Ответ справочной службы русского языка
Сочетания _в самом деле_ и _на самом деле_ синонимичны и взаимозаменяемы в значениях "в действительности; действительно, правда, в конце концов". Но у _в самом деле_ есть еще значение "неужто, не может быть или да, конечно, и вправду": _Нам уже пора трогаться - В самом деле?_