Você deve habilitar o Cloudflare no domínio não-WWW (é uma alteração simples na página de configurações de DNS) e deixar o redirecionamento de www.
domain como está.
O Cloudflare não possui requisitos sobre o nome de domínio real que você deseja usar. Se você usou o domínio sem o prefixo www.
, é melhor mantê-lo assim, para que você não perca nenhum benefício SEO.
Tudo funcionará muito bem dessa forma, o Cloudflare armazenará em cache o domínio não www.