1932年3月，寻淮洲任红1军团第15军45师师长，12月又升任第21军军长。他率部参加中央苏区历次反“围剿”作战，每战他都身先士卒，指挥得力。1933年2月在第四次反“围剿”的黄陂战斗中，率21军插入敌后，切断国民党军第52师退路，为全歼该师创造了条件。1933年6月，寻淮洲任红3军团第5师师长，率部参加东方军，入闽作战，指挥部队连战告捷，获中央军委的特别嘉奖令。同年10月任红7军团军团长，此时他才21岁。

    红旗漫卷迎风扬，红军队伍奔赣江；凯歌声声冲云霄，踏步铿锵惊玉皇。1934年7月，寻淮洲率由红7军团组成的红军北上抗日先遣队，从瑞金出发转战闽浙皖赣边，作战数十次，进入闽浙赣苏区，与方志敏领导的红10军合编为红10军团，继续率部北上。同年12月14日，红十军团在皖南谭家桥大战国民党的补充第一旅，乌泥关制高点争夺战，决定此役胜败，寻淮洲指挥部队同数倍于己之敌展开激战。以师长身份率众冲锋，身负重伤。在弥留之际，口中还在反复地念着：“北上抗日！北上抗日！”因流血过多，壮烈牺牲，年仅22岁。烈士的鲜血染红了谭家桥的山水，书写了英勇悲壮的历史篇章。寻淮洲铮铮铁骨啸傲疆场、壮烈捐躯的悲壮，更是闪耀着共产党人远大革命理想的光辉！

    1938年6月陈毅率新四军第一支队途经皖南泾县茂林地区，登上蚂蚁山约事岗找到了寻淮洲的荒冢时，写下一首诗：“十年争战后，国共合作又。回念旧时人，潸然泪沾袖。”诗中回念的“旧时人”，指的是长眠在蚂蚁山上的红7军团军团长、北上抗日先遣队初期的主要领导者寻淮洲，并亲笔撰写墓志铭：“青山有幸埋忠骨，寻淮洲同志是红军青年将校，以游击战斗著称，毕生为革命利益、民族利益牺牲到底，足为抗日战士之楷模。”2009年，寻淮洲被评为“100位为新中国成立作出杰出贡献的英雄模范人物”之一。