1934年7月，中央决定由寻淮洲率领的红7军团组成北上抗日先遣队。11月，红7军团与刘畴西、方志敏率领的红10军会师，两军合编为红10军团，仍作为北上抗日先遣队，刘畴西任军团长兼第20师师长。
同年12月，红10军团在浙赣边界的怀玉山区被国民党军包围。刘畴西率部反复冲杀，浴血苦战，仅有的右臂又被敌人打伤，终未能突出重围，于1935年1月被俘。狱中他坚贞不屈，同敌人进行了坚决的斗争。他对难友们说：“脖子伸硬些，挨它一刀，临难无苟免！”
1935年8月6日，刘畴西在江西南昌英勇就义，时年38岁。新中国成立后，长沙县人民政府给刘畴西的遗孀送去了“伟大英烈”的金匾。
刘畴西的侄孙刘建国曾任原靖港镇金星村（后合并为芦江社区）党支部书记，见证了刘畴西家乡沧桑巨变。
他告诉记者，刘畴西牺牲已经80多年了，如今家乡百姓生活富足安康。随着靖港古镇旅游业的开发，当地经济社会发展来势很好，老百姓日子越过越红火。
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