Нужно согласовать в падеже: в Республике Карелии.
Противоречие в словарных рекомендациях. Вы правы насчет рекомендаций, которые даны в справочнике Розенталя (допускается склонение только названий на -ия, ея), но вот в «Словаре географических названий» А. В. Суперанской говорится, что в сочетании со словом республика названия республик женского рода обычно склоняются (независимо от окончания): в Республике Колумбии, из Республики Кубы.
Ответы на вопросы № 265817 и 277053 исправлены, чтобы не было противоречия в наших ответах.
Правильно со строчной.
См. ответ на вопрос № 265817.
Слово республика пишется с большой буквы, если оно входит в состав официальных названий государств: Китайская Народная Республика. В исторических названиях это слово пишется со строчной буквы, если оно не начинает собой название: Венецианская республика, Новгородская республика.
Названия республик женского рода обычно склоняются в сочетании со словом республика: из Республики Армении. Но в официальных текстах часто можно увидеть несклоняемый вариант.