Irländarna tog ledningen två gånger genom Sean Murray och Alan Sothern innan de kniptes tillbaka av Pakistan.
Nästan konstant Pakistan tryck belönades när Abu Mahmood jämnas från ett straff hörn för att göra det 2-2.
Irland motattack i 57: e minuten för O'Donoghue att göra det avgörande målet från en annan uppsättning.
Tidigare, Murray konverterade en lysande öppnare i 11: e minuten när han kopplade ihop med John Jacksons kors och skickade en första-gång skott i taket på nätet.
Aleem Muhammed Bilal utjämnade från straffplatsen i den 17: e minuten och inom 60 sekunder från början av den andra halvan, Alan Sothern gjorde det 2-1 med en första-gång avböjning.
Mahmood utjämnade med 14 minuter kvar innan O'Donoghue sent vinnare.
Sidorna drog 2-2 i torsdagens öppningsmatch och kommer att träffas igen på söndag (14:00 BST) när irländarna fortsätter sina förberedelser för World League semifinal i Johannesburg.
Nästa månads sydafrikanska turnering fördubblas som den viktigaste kvalturneringen för nästa års VM.
Senare denna månad kommer Irland att spela mot Tyskland, Spanien och Österrike på Hamburg Masters som äger rum den 22-25 juni.
Ett sent mål av Shane O'Donoghue förseglade en 3-2 seger för Irland män hockey lag över Pakistan i den andra matchen i trematch serien på Lisnagarvey.