В таком слове ударение должно быть поставлено на слог со второй буквой Е — смертЕльную.
Он входил в незнакомый доселе мир неся, с собой смерте́льную тайну.
— Кен Фоллетт, Столпы Земли
То я ныл и звякал лирою, как слезливый поэт, то вдруг преисполнялся каменным спокойствием и чувством несокрушимой силы, а то начинал болтать глупости, как попугай, испугавшийся собаки, и болтал все громче, глупее и несноснее, пока новый переход не повергал меня в смерте́льную и бессловесную тоску.
— Леонид Андреев, Сборник "Дневник Сатаны"
После я узнал, что это было так, что своим внешним спокойствием он скрывал смерте́льную язву, убивавшую его, как тот святой французский священник, слывший неуязвимым и в битвах носивший красный плащ, чтобы не видно было крови, лившейся из его ран.
— Всеволод Гаршин, Красный цветок
Дядя Сандро почувствовал смерте́льную тревогу, хотя никак не мог понять, чем она вызвана.
— Фазиль Искандер, Сандро из Чегема
Казалось, и природа и судьба помогали его мщению; враги его, все до одного, их отцы, матери, дети умирали мучительною смертию, — то в семействе являлась заразительная горячка и пожирала всех членов его; то возобновлялись старинные, давно уснувшие болезни; малейший ушиб в младенчестве, бездельное уколотье руки, незначащая простуда обращались в болезнь смерте́льную, и скоро самые имена целых семейств были стерты с лица земли.
— Владимир Одоевский, Русские ночи